Verfahren und Vorrichtung zur Schwingungserzeugung und Anwendung des Verfahrens
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und eine Vorrichtung zur Schwingungserzeugung, sowie auf eine Anwendung des Verfahrens.
Für viele Zwecke werden Vorrichtungen benötigt, welche elektrische Schwingungen erzeugen. Insbesondere werden solche Vorrichtungen benötigt, welche modulierte Hochfrequenzschwingungen abzugeben in der Lage sind. In vielen Fällen ist es dabei vorteilhaft, wenn die betreffende Einrichtung sehr einfach gebaut ist und sich insbesondere auch zum Betrieb aus einer Kleinspannungsbatterie eignet.
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung modulierter Schwingungen, welches dadurch gekennzeichnet ist, dass ein schwingungsfähiges Gebilde durch den über ein Schaltelement mit Durchbruchcharakteristik geführten Entladestrom eines Kondensators stosserregt wird.
Die Erfindung betrifft auch eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens, welche dadurch gekennzeichnet ist, dass ein schwingungsfähiges Gebilde unmittelbar im Entladepfad eines aus einer Spannungsquelle aufladbaren Kondensators liegt, oder über Kopplungsmittel an diesen Entladungspfad angekoppelt ist
Die Erfindung betrifft auch die Anwendung des Verfahrens zur Erzeugung eines Notrufsignals in einem Rettungsge- rät
Anhand der beiliegenden Zeichnung wird die Erfindung an einem Ausführungsbeispiel erläutert.
Dabei zeigt die Fig. ein Schaltbild eines Ausführungsbeispiels der Erfindung. An die Klemmen 1 und 2 sei eine Spannungsquelle angeschlossen. Eine solche Spannungsquelle kann beispielsweise entweder eine Batterie sein, oder eine eventuell durch eine bekannte Stabilisierungsschaltung erzeugte Speisespannung. Über einen Widerstand 3 wird die Betriebsspannung einem Kondensator 4 zugeführt, der sich in bekannter Weise mit der Zeitkonstante T = R - C auflädt.
Dem RC-Glied mit dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4 ist ein Schaltelement 5 mit Durchbruchcharakteristik nachgeschaltet, wobei der unter bestimmten Verhältnissen durch das genannte Schaltelement fliessende Strom auch einem schwingungsfähigen Gebilde 6 direkt oder über eine Ankopplung, beispielsweise eine Ankopplungswicklung 7, zugeführt wird. Das Schaltelement 5 mit Durchbruchcharakteristik und der angekoppelte Teil des schwingungsfähigen Gebildes 6 bilden dabei einen Entladungspfad für den Kondensator 4 des genannten RC-Gliedes.
Als Schaltelement mit Durchbruchcharakteristik eignet sich insbesondere ein sogenannter programmierbarer Unijunction-Transistor, beispielsweise der Typ D 13T 1 der Firma General Electric. Der Referenzelektrode 8 eines solchen programmierbaren Unijunction-Transistors wird, beispielsweise über einen an der Betriebsspannung liegenden Spannungsteiler aus den Widerständen 9 und 10 oder aber von einer weiteren Spannungsquelle oder einer Anzapfung der Speisungsbatterie eine Referenzspannung zugeführt. Be sonders dann, wenn der genannte Spannungsteiler aus den Widerständen 9 und 10 hochohmig ist, empfiehlt es sich zwischen die Referenzelektrode 8 des Schaltelementes mit Durchbruchcharakteristik und das Massepotential einen Kondensator 11 anzuschliessen.
Der Ladevorgang des Kondensators 4 über den Widerstand 3 wird solange von dem zunächst hochohmigen Schaltelement 5 nicht beeinflusst, als am Kondensator 4 eine Spannung liegt, die kleiner ist als die Referenzspannung an der Elektrode 8. Sobald jedoch die Spannung am Kondensator 4 und damit an der Anode 12 des Schaltelementes 5 die Referenzspannung an der Elektrode 8 um beispielsweise etwa 0,5 Volt überschreitet, geht das Schaltelement 5 in sei nen niederohmigen Zustand über, d. h. der Durchbruch erfolgt. Hierdurch wird aber der Kondensator 4 entladen und der Entladestrom wird dem schwingungsfähigen Gebilde 6 beispielsweise über eine Ankopplungswicklung 7 zugeführt.
Anstelle der Ankopplungswicklung 7 könnte der Entladestrom aber auch unmittelbar dem Schwingkreis 6 oder einer Anzapfung der Schwingkreisspule 13 des LC.Kreises 6 zugeführt werden.
Durch die periodisch zustande kommenden Entladungen des RC-Gliedes aus dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4 wird das schwingungsfähige Gebilde periodisch zu Schwingungen angestossen und es entstehen dadurch gedämpfte Schwingungszüge mit der Eigenfrequenz des schwingungsfähigen Gebildes 6, moduliert mit der Frequenz der Entladungen des genannten RC-Gliedes. In bekannter Weise können diese modulierten Schwingungen dem schwingungsfähigen Gebilde 6 entnommen werden, beispielsweise an einer weiteren Kopplungswicklung oder an einer Anzapfung 14 am LC-Schwingungskreis 6 zwecks Anpassung an die Last, beispielsweise eine Antenne 15.
Vorteilhafterweise wird die Breite des Entladeimpulses des RC-Gliedes aus dem Widerstand 3 und dem Kondensator 4 wenigstens angenähert gleich der Dauer der halben Periode der Resonanzfrequenz des schwingungsfähigen Gebildes 6 gewählt, da sich dann ein besonders hoher Wirkungsgrad ergibt.
Anstelle des genannten programmierbaren Unijunction Transistors kann auch ein gewöhnlicher Unijunction-Transistor verwendet werden oder eine Vierschichtdiode oder sonst ein Element mit Durchbruchcharakteristik.
Eine Vorrichtung nach vorstehender Beschreibung eignet sich sowohl zufolge ihres einfachen und daher preiswerten Aufbaus als auch zufolge ihres hohen Wirkungsgrades besonders als Schwingungserzeuger in einem Rettungsgerät.
Solche Rettungsgeräte sind beispielsweise für Skifahrer geeignet. Das Rettungsgerät enthält hierbei einen Schwingungserzeuger der seine Schwingungen beispielsweise über eine Antenne abstrahlt. Mit bekannten Mitteln kann durch Peilung ein allfällig verschütteter Skifahrer aufgefunden werden. Für diesen Zweck können sowohl niederfrequente als auch hochfrequente Schwingungen benützt werden. Je nach Frequenz eignen sich Leiterschleifen oder Dipole usw. als Sendeorgan bzw. Antenne, bzw. als schwingungsfähiges Gebilde.
Je nach der gewählten Frequenz ist auch in bekannter Weise das schwingungsfähige Gebilde zu wählen, beispielsweise LC-Kreis, Topf-Kreis, Wellenleiter usw. Es ist auch möglich einen LC-Schwingkreis zu verwenden, dessen Induk tivität mit einem ferromagnetischen Kern, beispielsweise einem Ferritkern, versehen ist.
Je nach der gewählten Frequenz ist auch die Art des Schaltelementes 5 zu wählen. Für Frequenzen bis etwa 1 Megahertz eignet sich ein Unijunction-Transistor. Darüber sind beispielsweise Nanosekunden Thyristoren vom Typ SSP l-GA 200 geeignet.
Zufolge der nur impulsweisen Anregung des schwingungsfähigen Gebildes ist die durch den Entladestrom angefachte Schwingung sehr frequenzstabil, weil das Schaltelement 5 in der Ausklingzeit der Schwingungen praktisch keinen Einfluss auf die Frequenz hat.
Method and device for generating vibrations and applying the method
The invention relates to a method and a device for generating vibrations, and to an application of the method.
Devices that generate electrical vibrations are needed for many purposes. In particular, such devices are required which are able to emit modulated high-frequency oscillations. In many cases it is advantageous if the device in question has a very simple construction and is particularly suitable for operation from a low-voltage battery.
The invention relates to a method for generating modulated vibrations, which is characterized in that a vibratory structure is shock-excited by the discharge current of a capacitor, which is passed via a switching element with breakdown characteristics.
The invention also relates to a device for carrying out the method, which is characterized in that a vibratory structure lies directly in the discharge path of a capacitor that can be charged from a voltage source, or is coupled to this discharge path via coupling means
The invention also relates to the use of the method for generating an emergency call signal in a rescue device
The invention is explained using an exemplary embodiment on the basis of the accompanying drawing.
The figure shows a circuit diagram of an embodiment of the invention. A voltage source is connected to terminals 1 and 2. Such a voltage source can be, for example, either a battery or a supply voltage possibly generated by a known stabilization circuit. Via a resistor 3, the operating voltage is fed to a capacitor 4, which is charged in a known manner with the time constant T = R - C.
The RC element with the resistor 3 and the capacitor 4 is followed by a switching element 5 with a breakdown characteristic, the current flowing through said switching element under certain conditions also being fed to an oscillatory structure 6 directly or via a coupling, for example a coupling winding 7. The switching element 5 with breakdown characteristics and the coupled part of the oscillatable structure 6 thereby form a discharge path for the capacitor 4 of said RC element.
A so-called programmable unijunction transistor, for example type D 13T 1 from General Electric, is particularly suitable as a switching element with breakdown characteristics. The reference electrode 8 of such a programmable unijunction transistor is supplied with a reference voltage, for example via a voltage divider from the resistors 9 and 10 connected to the operating voltage or from a further voltage source or a tap on the supply battery. In particular, when the said voltage divider consisting of the resistors 9 and 10 has a high resistance, it is advisable to connect a capacitor 11 between the reference electrode 8 of the switching element with breakdown characteristic and the ground potential.
The charging process of the capacitor 4 via the resistor 3 is not influenced by the initially high-resistance switching element 5 as long as the capacitor 4 has a voltage that is lower than the reference voltage at the electrode 8. However, as soon as the voltage at the capacitor 4 and thus at the Anode 12 of the switching element 5 exceeds the reference voltage at the electrode 8 by, for example, about 0.5 volts, the switching element 5 goes into its low-resistance state, i.e. H. the breakthrough occurs. As a result, however, the capacitor 4 is discharged and the discharge current is fed to the oscillatable structure 6, for example via a coupling winding 7.
Instead of the coupling winding 7, however, the discharge current could also be fed directly to the resonant circuit 6 or a tap on the resonant circuit coil 13 of the LC circuit 6.
Due to the periodically occurring discharges of the RC element from the resistor 3 and the capacitor 4, the oscillatable structure is periodically triggered to oscillate and this creates damped oscillations with the natural frequency of the oscillatory structure 6, modulated with the frequency of the discharges of the mentioned RC- Limb. In a known manner, these modulated oscillations can be taken from the oscillatable structure 6, for example on a further coupling winding or on a tap 14 on the LC oscillating circuit 6 for the purpose of adaptation to the load, for example an antenna 15.
Advantageously, the width of the discharge pulse of the RC element from the resistor 3 and the capacitor 4 is selected to be at least approximately equal to the duration of half the period of the resonance frequency of the oscillatable structure 6, since a particularly high efficiency then results.
Instead of the aforementioned programmable unijunction transistor, it is also possible to use a conventional unijunction transistor or a four-layer diode or some other element with breakdown characteristics.
A device according to the above description is particularly suitable as a vibration generator in a rescue device, both because of its simple and therefore inexpensive construction and because of its high degree of efficiency.
Such rescue devices are suitable for skiers, for example. The rescue device contains a vibration generator which emits its vibrations, for example via an antenna. With known means, a possibly buried skier can be found by bearing. Both low-frequency and high-frequency vibrations can be used for this purpose. Depending on the frequency, conductor loops or dipoles, etc. are suitable as a transmitter or antenna, or as a vibratory structure.
Depending on the selected frequency, the vibratory structure is to be selected in a known manner, for example LC circle, pot circle, waveguide, etc. It is also possible to use an LC resonant circuit whose inductivity with a ferromagnetic core, such as a ferrite core , is provided.
Depending on the selected frequency, the type of switching element 5 must also be selected. A unijunction transistor is suitable for frequencies up to about 1 megahertz. In addition, nanosecond thyristors of the type SSP 1-GA 200 are suitable.
As a result of the only pulsed excitation of the oscillatable structure, the oscillation triggered by the discharge current is very stable in frequency because the switching element 5 has practically no influence on the frequency during the decay time of the oscillations.