Verfahren und Einrichtung zur elektrischen Übertragung von Winkelwerten Die Erfindung betrifft ein Verfahren, welches zur eindeutigen elektrischen Übertragung von Win kelwerten geeignet ist, die sich in einem unbegrenz ten Bereich verändern können, ohne dass jeweils nach Durchlauf eines Teilbereiches (zum Beispiel nach jeweils 360 ) eine Unstetigkeit in der über tragung vorkommt. Das Verfahren ist dadurch ge kennzeichnet, dass jedem Winkelwert zwei Schwin gungen zugeordnet werden, deren Frequenzen ge meinsam den Winkelwert charakterisieren.
Die beiden Frequenzen f 1, f 2 können dem zu übertragenden Winkelwert<B>99</B> beispielsweise gemäss der kreisförmigen Kennlinie nach Fig. 1 zugeordnet sein. Sollen beide Schwingungen über einen gemein samen Kanal übertragen werden, so müssen die ihnen zugeordneten Frequenzbereiche derart gewählt sein, dass am Empfangsort eine eindeutige Trennung mög lich ist. In Fig. 1 ist zu diesem Zweck die Lage der Kennlinie so gewählt worden, dass die Frequenz f 1 stets höher ist als die Frequenz f2. Die Kennlinie ist weiterhin so gelegt, dass kein Frequenzbereich den Wert Null enthält.
Werden die Frequenzbereiche passend gewählt, insbesondere innerhalb des Ton frequenzgebietes, so können die beiden Schwingun gen über jedes beliebige Telephonie-Übertragungs, mittels fortgeleitet werden, arbeite es drahtlos oder drahtverbunden. Die Übertragung wird dabei durch Amplituden- oder Phasenverzerrungen des übertra- gungsmittels nicht gestört.
Anstelle der in Fig.1 gezeigten kreisförmigen Kennlinie können dem Verfahren auch andere ge schlossene Kurvenzüge zugrunde gelegt werden, welche bei jeder Veränderung des Winkelwertes um 360 einmal durchlaufen werden und bei welchen jedem Winkelwert genau ein Punkt des Kurvenzuges zugeordnet ist und umgekehrt. Die Erfindung betrifft weiterhin eine Einrich tung zum Durchführen des beschriebenen Verfahrens. Diese ist dadurch gekennzeichnet, dass sendeseitig zwei Erzeuger von Schwingungen vorhanden sind, deren Frequenzen durch den zu übertragenden Win kelwert bestimmt sind, und dass empfangsseitig Mittel vorhanden sind, welche auf Grund der Fre quenzen der empfangenen Schwingungen die Lage eines drehbaren Organs beeinflussen.
Das wohl einfachste Ausführungsbeispiel der Vorrichtung zur Beeinflussung der Frequenzen der sendeseitig erzeugten Schwingungen umfasst zwei veränderbare Impedanzen (zum Beispiel Kapazitäten), welche durch das sich drehende Organ gesteuert werden, dessen Lage als Winkelwert übertragen wer den soll. Jede der genannten Impedanzen liegt im frequenzbestimmenden Kreis eines Schwingungs erzeugers. Werden zum Beispiel Drehkondensatoren als veränderbare Impedanzen verwendet, so bestimmt deren Plattenschnitt die Zuordnungskennlinie von Frequenzen und Winkelwerten.
Oft ist es aber im Interesse grösserer Stabilität vorteilhafter, die Beeinflussung der Frequenzen nicht beim sich drehenden Organ selbst durchzuführen, sondern an einer davon räumlich getrennten Stelle. In solchen Fällen eignet sich die in Fig. 2 schema tisch dargestellte Vorrichtung zum Erzeugen von Schwingungen mit den geforderten Eigenschaften. Ein Generator G3 erzeugt eine Schwingung e. von konstanter Frequenz und konstanter Amplitude.
Das sich drehende Organ m1 betätigt den Phasenschieber Ph (zum Beispiel einen sogenannten Selsyngeber), derart, dass die Schwingung el, zwar stets dieselbe Amplitude wie die Schwingung e. aufweist, dass aber eine der momentanen Winkellage des Organs m1 entsprechende Phasenverschiebung g9 zwischen den Schwingungen e. und e" besteht.
Diese beiden Schwingungen werden den Modulatoren Ml und M2 zugeführt, wobei die Phase der Schwingung e. vor Zuführung an den Modulator Ml um 90 ge dreht wird. Die Modulatoren liefern Gleichspannun gen u1 bzw. u., welche dem Produkt der den be treffenden Modulatoren zugeführten Wechselspan nungen proportional sind.
Es ist also icl = u. # sin (p und u. = uo . cos cp. Diese Gleichspannungen steuern die Reaktanzröhren R1 bzw. R2, welche ihrerseits die Frequenzen f l bzw. f 2 der von den Generatoren G1 bzw. G2 erzeugten Schwingungen beeinflussen.
Die Zuordnungskennlinie ist in diesem Fall und un ter der Voraussetzung, dass die Reaktanzröhren linear arbeiten, ein Kreis in rechtwinkligem Koordi natensystem, wie schon in Fig. 1 gezeigt.
Eine einfache Vorrichtung zur empfangsseitigen Anzeige des Winkelwertes für diesen Fall ist als Bei spiel in Fig.3 schematisch dargestellt. Die beiden Schwingungen mit den Frequenzen<I>f 1</I> bzw<I>f 2</I> werden in den Begrenzeranordnungen B1 bzw. B2, welche auch Filter enthalten können, von Störungen be freit. Die Diskriminatoren Dl, D2 erzeugen Gleich spannungen x1 <I>bzw. x.,</I> welche das Kreuzspulen instrument m2 beeinflussen.
Dieses zeigt also die Lage des sendeseitig befindlichen, sich drehenden Organs ml (Fig.2) als Winkelwert an.
Die Fig. 4 zeigt das Prinzipschaltbild einer Vor richtung zur empfangsseitigen Anzeige des Winkel wertes, bei welcher zunächst zwei gleichfrequente Wechselspannungen e., e " erzeugt werden, zwischen denen eine durch die ankommenden Schwingungen mit den Frequenzen<B>f l,</B> f 2 beeinflusste Phasenver schiebung besteht.
Die Wechselspannungen werden einem sogenannten Selsynempfänger m2 zugeführt, dessen Stellung also den Winkelwert charakterisiert, und der zur Betätigung irgendwelcher Steuerorgane oft besser geeignet ist als ein Kreuzspuleninstrument. Die Teile B1, B2, Dl und D2 entsprechen den gleich bezeichneten Teilen der Fig.3. Der Teil Pe kann gemäss Fig. 5a aufgebaut sein.
Hierbei sind lineare Zusammenhänge zwischen dem zu übertragenden Winkelwert 9p und den Frequenzen f l und f 2 vor ausgesetzt; die geschlossenen Kurvenzüge der Zu ordnungskennlinie (vgl. Fig. 1) haben dabei die Ge stalt von Zweiecken.
Der Generator G4 erzeugt die Wechselspannung e., welche gleichzeitig zur Syn chronisierung der beiden Multivibratoren F1, F2 dient, wobei die dem Multivibrator F2 zugeführte Synchronisierspannung um 90 in der Phase ver schoben wird.
Die Multivibratoren erzeugen drei- eckförmige Spannungen a1, a., wie sie in Fig.5b in Abhängigkeit von der Zeit t oszillographisch dar gestellt sind. Diese beiden Spannungen gelangen zu den Schwellenschaltungen U1, U2, deren Schwel lenhöhen durch die Gleichspannungen x1, x2 (vgl. Fig.4) bestimmt sind.
Die Spannungen b1 und b2 sind ebenfalls in Fig. 5b gezeigt. Die Teile El und E2 enthalten Mittel, welche die Spannungen b1 bzw. b2 je zweimal nach der Zeit differenzieren. Es ent stehen die Impulsreihen cl bzw. c2, welche der Vergleichsschaltung T zugeführt werden. Diese er zeugt jeweils dann einen Impuls (Spannung c3), wenn gleichzeitig Impulse in cl und c2 auftreten.
Die Spannung c3 beeinflusst schliesslich die Phase der vom . Generator G5 erzeugten Schwingung e., welche dieselbe Frequenz aufweist, wie diejenige des Gene- rators G4.
Die Genauigkeit der Anzeige kann durch die Anwendung von Rückführungen erhöht werden. Dazu können die Mittelfrequenzen der Diskrimina- toren durch das drehbare Organ selbst in einem durch die Zuordnungskennlinie gegebenen Zusam menhang beeinflusst werden. Die Fig. 6 zeigt ein Aus führungsbeispiel für eine Einrichtung dieser Art. Als drehbares Organ dient der Gleichstrommotor m2, dessen Drehrichtung vom Vorzeichen der Summe der Gleichspannungen x1 und x2 abhängt.
Solange er sich dreht, verstellt er über die symbolisch an gedeuteten Mittel z1, Z2 die Mittelfrequenzen der beiden Diskriminatoren Dl, D2. Beim Erreichen der richtigen Lage des drehbaren Organs fallen diese Mittelfrequenzen mit den Frequenzen f l bzw. f 2 der übertragenen Schwingungen zusammen; die Gleich spannungen x1 und x2 verschwinden dann und das Organ m2 bleibt in der erreichten Lage stehen.
Derselbe Effekt kann nach Fig.7 dadurch er reicht werden, dass die Rückführungen z1, z. die Frequenzen f6, f7 der Schwingungen zweier Oszilla- toren G6 bzw. G7 beeinflussen. Diese Schwingungen werden in den Modulatoren M3 bzw.
M4 mit den übertragenen Schwingungen f 1 bzw. f 2 gemischt, und die fest abgestimmten Diskriminatoren Dl, D2 werden durch Schwingungen mit den jeweiligen Dif ferenzfrequenzen gespeist. Ein Vorteil einer der artigen Einrichtung liegt darin, dass bei geeigneter Bemessung die Generatoren G6, G7 praktisch die selben Eigenschaften aufweisen, wie die Genera toren der Sendeseiten. Dies wirkt sich ebenfalls in einer Verbesserung der übertragungsgenauigkeit aus.
Rückführungen lassen sich auch bei Einrichtun gen anwenden, in welchen etwa gemäss Fig. 5 zu nächst zwei Wechselspannungen e. und eQ erzeugt werden. Besonders zweckmässig ist es hierbei, eine mechanische Rückführung zu vermeiden und an ihrer Stelle eine elektrisch wirkende Rückführung vorzusehen. Als Grundlage kann auch in diesem Falle die in Fig. 7 gezeigte Anordnung dienen, wobei aber die Beeinflussung der Generatoren GE und G7 durch elektrische Signale zu erfolgen hat, welche aus den Gleichspannungen xl und x2 ge wonnen werden müssen.
Eine derartig arbeitende Vorrichtung ist in Fig. 8 schematisch dargestellt. Es ist dabei eine kreisförmige Zuordnungskennlinie vorausgesetzt. Der Generator G8 erzeugt die Schwin gung eo, welche gleichzeitig auch dem Modulator M5 mit einer Phasenverschiebung von 90 dem Modula- tor M7 zugeführt wird.
Diese Modulatoren liefern Wechselspannungen, deren Amplituden y1, y2 von den Gleichspannungen x1 bzw. x2 abhängig sind. Die im Netzwerk S gebildete Summe e. dieser Wechselspannungen stellt eine Wechselspannung mit konstanter Amplitude dar, deren Phase - gegenüber derjenigen der Spannung eo um den Winkel 9p ver schoben ist.
In den Modulatoren Mo und M8 werden durch Mischung von eo mit den Summanden y1, y2 von e " die zur Verwendung als Rückführungs signale geeigneten Gleichspannungen 2i und z2 ge wonnen.
Wenn auch alle beschriebenen empfangsseitigen Einrichtungen ein drehbares Organ enthalten, so lässt sich doch das beschriebene Verfahren auch dann anwenden, wenn der Winkelwert nicht mechanisch reproduziert werden muss. Ein solcher Fall liegt zum Beispiel vor, wenn der Winkelwert als elektrisches Signal einer elektrisch oder elektronisch arbeitenden Rechenmaschine zugeführt wird.
Method and device for the electrical transmission of angular values The invention relates to a method which is suitable for the unambiguous electrical transmission of angular values which can change in an unlimited range without a sub-range being passed through (for example after every 360) There is a discontinuity in the transmission. The method is characterized in that two vibrations are assigned to each angular value, the frequencies of which together characterize the angular value.
The two frequencies f 1, f 2 can be assigned to the angular value <B> 99 </B> to be transmitted, for example according to the circular characteristic curve according to FIG. 1. If both vibrations are to be transmitted via a common channel, the frequency ranges assigned to them must be selected in such a way that a clear separation is possible at the receiving location. For this purpose, the position of the characteristic curve in FIG. 1 has been selected such that the frequency f 1 is always higher than the frequency f2. The characteristic curve is still set in such a way that no frequency range contains the value zero.
If the frequency ranges are chosen appropriately, especially within the tone frequency range, the two vibrations can be forwarded via any telephony transmission, by means of whether it works wirelessly or wired. The transmission is not disturbed by amplitude or phase distortions of the transmission medium.
Instead of the circular characteristic shown in FIG. 1, the method can also be based on other closed curves, which are run through once every time the angle value changes by 360 and for which exactly one point of the curve is assigned to each angle value and vice versa. The invention also relates to a device for performing the described method. This is characterized in that there are two generators of vibrations on the transmitting side, the frequencies of which are determined by the angular value to be transmitted, and that on the receiving side there are means which influence the position of a rotatable organ based on the frequencies of the vibrations received.
Probably the simplest embodiment of the device for influencing the frequencies of the vibrations generated on the transmission side comprises two variable impedances (for example capacities) which are controlled by the rotating organ whose position is to be transmitted as an angular value. Each of the impedances mentioned lies in the frequency-determining circuit of a vibration generator. If, for example, variable capacitors are used as variable impedances, their plate section determines the allocation characteristic of frequencies and angle values.
In the interest of greater stability, however, it is often more advantageous not to influence the frequencies on the rotating organ itself, but rather at a point that is spatially separate from it. In such cases, the device shown schematically in Fig. 2 is suitable for generating vibrations with the required properties. A generator G3 generates an oscillation e. of constant frequency and constant amplitude.
The rotating element m1 actuates the phase shifter Ph (for example a so-called Selsyn generator) in such a way that the oscillation el is always the same amplitude as the oscillation e. has, but that a phase shift g9 corresponding to the current angular position of the organ m1 between the oscillations e. and e "consists.
These two oscillations are fed to the modulators M1 and M2, the phase of the oscillation e. before feeding to the modulator Ml is rotated by 90 ge. The modulators supply DC voltages u1 or u. Which are proportional to the product of the AC voltages supplied to the modulators in question.
So it is icl = u. # sin (p and u. = uo. cos cp. These DC voltages control the reactance tubes R1 and R2, which in turn influence the frequencies f l and f 2 of the oscillations generated by the generators G1 and G2.
In this case and under the prerequisite that the reactance tubes work linearly, the assignment characteristic is a circle in a right-angled coordinate system, as already shown in FIG. 1.
A simple device for displaying the angle value on the receiving side for this case is shown schematically as an example in FIG. The two oscillations with the frequencies <I> f 1 </I> and <I> f 2 </I> are freed from interference in the limiter arrangements B1 and B2, which can also contain filters. The discriminators Dl, D2 generate DC voltages x1 <I> or x., </I> which affect the cross-coil instrument m2.
This shows the position of the rotating organ ml (FIG. 2) located on the transmitting side as an angular value.
4 shows the basic circuit diagram of a device for the receiving-side display of the angle value, in which two equal-frequency alternating voltages e., E "are initially generated, between which one is caused by the incoming oscillations with the frequencies <B> fl, </B> f 2 influenced phase shift exists.
The alternating voltages are fed to a so-called Selsyn receiver m2, the position of which thus characterizes the angular value, and which is often better suited than a cross-coil instrument for operating any control elements. The parts B1, B2, Dl and D2 correspond to the identically designated parts of FIG. The part Pe can be constructed according to FIG. 5a.
Here, linear relationships between the angular value 9p to be transmitted and the frequencies f l and f 2 are exposed; the closed curves of the assignment characteristic curve (see. Fig. 1) have the shape of two corners.
The generator G4 generates the alternating voltage e., Which is used at the same time to synchronize the two multivibrators F1, F2, the synchronizing voltage fed to the multivibrator F2 being shifted by 90 in phase.
The multivibrators generate triangular voltages a1, a., As shown in Fig. 5b as a function of the time t oscillographically represents. These two voltages reach the threshold circuits U1, U2, whose threshold levels are determined by the direct voltages x1, x2 (see FIG. 4).
The voltages b1 and b2 are also shown in Figure 5b. The parts E1 and E2 contain means which differentiate the voltages b1 and b2 twice depending on the time. The pulse series c1 and c2, which are fed to the comparison circuit T, arise. This he then generates a pulse (voltage c3) if pulses occur simultaneously in cl and c2.
The voltage c3 finally influences the phase of the vom. Generator G5 generated oscillation e., Which has the same frequency as that of the generator G4.
The accuracy of the display can be increased by using feedback. For this purpose, the middle frequencies of the discriminators can be influenced by the rotatable organ itself in a context given by the allocation characteristic. 6 shows an exemplary embodiment for a device of this type. The rotatable element is the direct current motor m2 whose direction of rotation depends on the sign of the sum of the direct voltages x1 and x2.
As long as it rotates, it adjusts the center frequencies of the two discriminators D1, D2 via the symbolically indicated means z1, Z2. When the rotatable organ is in the correct position, these center frequencies coincide with the frequencies f l and f 2 of the transmitted vibrations; the DC voltages x1 and x2 then disappear and the organ m2 remains in the position it has reached.
The same effect can be achieved according to Figure 7 in that the returns z1, z. affect the frequencies f6, f7 of the oscillations of two oscillators G6 and G7, respectively. These oscillations are in the modulators M3 resp.
M4 mixed with the transmitted vibrations f 1 or f 2, and the fixedly tuned discriminators Dl, D2 are fed by vibrations with the respective Dif ferenzfrequenzen. One advantage of such a device is that, given suitable dimensioning, the generators G6, G7 have practically the same properties as the generators on the transmitting sides. This also has the effect of improving the transmission accuracy.
Returns can also be used with Einrichtun conditions in which, for example, as shown in FIG. and eQ can be generated. It is particularly useful here to avoid mechanical feedback and to provide an electrically acting feedback in its place. In this case too, the arrangement shown in FIG. 7 can serve as a basis, but the generators GE and G7 must be influenced by electrical signals which must be obtained from the direct voltages x1 and x2.
A device operating in this way is shown schematically in FIG. A circular allocation curve is required. The generator G8 generates the oscillation eo, which at the same time is also fed to the modulator M5 with a phase shift of 90 to the modulator M7.
These modulators supply AC voltages whose amplitudes y1, y2 are dependent on the DC voltages x1 and x2, respectively. The sum e formed in the network S. these alternating voltages represent an alternating voltage with constant amplitude, the phase of which - compared to that of the voltage eo by the angle 9p is shifted ver.
In the modulators Mo and M8, the direct voltages 2i and z2 suitable for use as feedback signals are obtained by mixing eo with the summands y1, y2 of e ".
Even if all the described reception-side devices contain a rotatable member, the described method can also be used if the angular value does not have to be reproduced mechanically. Such a case exists, for example, when the angle value is fed as an electrical signal to an electrically or electronically operating calculating machine.