DE1079510B - Vorrichtung zur Fernmessung einer veraenderlichen physikalischen Groesse - Google Patents

Description

DEUTSCHES

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Fernmessung einer veränderlichen physikalischen Größe nach Betrag und Lage hinsichtlich eines Bezugswertes, insbesondere eines Winkels, oder zur Fernsteuerung entsprechend dieser Größe mit einem Transformator, in dessen Prknärseite ein veränderbar ausgerichtetes Wechselfeld erzeugt wird, dessen Lage dem Betrag der Größe entspricht, um in der Sekundärseite eine Spannung zu induzieren, die sich als sinusförmige (oder andere) periodische Funktion der Größe ändert und für verschiedene Beträge der Größe im Bereich ihrer Änderung gleiche Beträge annehmen kann, so daß eine Eindeutigkeit der Anzeige nicht gewährleistet ist, wobei die Transformator-Sekundärseite zwei Wicklungen im rechten Winkel zueinander aufweist.

Bei bekannten Vorrichtungen weist zwar der Sender einen Sekundärteil mit zwei Wicklungen auf, die auf ringförmige Kerne gewickelt sind und sich diametral gegenüberliegende Abgriffe besitzen. Die in den Wicklungen erzeugten Spannungen werden zu rechtwinklig zueinander liegenden Wicklungen des Empfängers geleitet, in welchem eine Phasenmodulation in Abhängigkeit von dem Winkel vorgesehen ist. Die Phasenmodulation beseitigt zwar die Mehrdeutigkeit, erfordert aber einen besonders großen Aufwand. Hierbei erzeugt der Sekundärteil des Empfängers ein magnetisches Drehfeld, das mit einem in dem Sekundärteil angeordneten Drehfeld synchron ist.

Die Erfindung beruht auf der Grundlage der Amplitudenmodulation. Bei derartigen Vorrichtungen ist es bekannt, im Sender einen Sekundärteil mit zwei Wicklungen vorzusehen und die in diese Wicklungen induzierten Spannungen getrennt senkrecht zueinanderliegenden Wicklungen des Empfängers zuzuführen. Bei diesen bekannten Vorrichtungen werden die in die senkrecht zueinander liegenden Wicklungen des Primär-Teiles des Empfängers induzierten Spannungen zu einem resultierenden Vektor vereinigt, dessen Ausrichtung diejenige einer drehbaren Primärwicklung an dem Sender wiedergibt. Hierbei arbeiten die Empfänger durch Einstellung eines magnetischen Anzeigegliedes, das sich zu dem erwähnten Vektor ausrichtet. Die so erhaltene Anzeige ist mehrdeutig. Hierin liegt ein schwerwiegender Nachteil, insbesondere wenn eine derartige Vorrichtung für Flugnavigationszwecke verwendet wird. Beispielsweise besteht die Möglichkeit, daß der Abweichungswert für eine Abweichung eines Flugzeuges von seiner Flugbahn, wenn sich die Funksendebake vor dem Flugzeug befindet, nach links gleich groß ist wie der Wert für die gleiche Abweichung nach rechts, wenn sich die Funksendebake bereits hinter dem Flugzeug befindet.

Bei den bekannten Ausführungen ist zur Entfer-Vorrichtung zur Fernmessung
einer veränderlichen physikalischen Größe

Anmelder:

Bendix Aviation Corporation,
New York, N. Y. (V. St. A.)

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität;
V. St. v. Amerika vom 25. Januar 1954

Milton Brown, Glen Rock, N. J. (V. St. Α.),
ist als Erfinder genannt worden

nung der Mehrdeutigkeit der Anzeige vorgeschlagen worden, Gleichrichterbrücken zu verwenden, die von getrennten Quellen erregt werden. Diese Anordnung erfordert eine außerordentlich verwickelte Schaltung und damit zahlreiche Dioden sowie zusätzlich zwei Leistungstransformatoren.

Die Erfindung beseitigt demgegenüber die Mehrdeutigkeit der Anzeige in vorteilhafter Weise dadurch, daß die Ausgänge der beiden Wicklungen an zwei getrennte Auswertevorrichtungen zur getrennten Auswertung angeschlossen sind, von denen die eine den Betrag der anzuzeigenden Größe und die andere ihre Lage hinsichtlich des Bezugswertes, z. B. einer Bezugsrichtung, anzeigt.

Gemäß einer vorteilhaften Ausführungsform wird eine der Ausgangsspannungen an eine Auswertungsvorrichtung angelegt, die nur auf die Phasenlage der betreffenden Spannung anspricht. Gemäß einer weiteren vorteilhaften Ausführungsform betätigt jede Ausgangsspannung ein zugeordnetes Anzeigeinstrument über eine phasenempfindliche Schaltung.

Vorteilhaft weist das Primärelement zur Erzeugung des veränderlich ausgerichteten Wechselfeldes zwei oder mehr unter einem Winkel zueinander angeordnete Wicklungen auf, die an der entsprechend angeordneten Sekundärwicklung eines anderen regelbaren, als Sender dienenden Transformators, angeschlossen sind, dessen Primärseite mit Wechselstrom gespeist wird, wobei die Primär- und Sekundärelemente dieses als Sender dienenden Transformators zueinan-

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der entsprechend der veränderlichen Größe, beispielsweise eines Winkels, eingestellt werden.

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Primär- und Sekundärelemente des Empfänger-Transformators in bezug zueinander winkelmäßig eingestellt werden, um einen Bezugswert für die veränderliche Größe beispielsweise eine Bezugsrichtung voreinzustellen.

Bei der vorteilhaften Verwendung einer derartigen Vorrichtung als Kursanzeiger in einem Fahrzeug, insbesondere einem Flugzeug, gibt die Anzeigevorrichtung die richtige Lage einer Funksendestation in bezug zu dem Fahrzeug wieder. Bei einem derartigen Kursanzeiger sind die Primär- und Sekundärelemente des als Sender dienenden Transformators vorteilhaft durch Funksignale ferneinstellbar, die von der Station gesendet und an Bord des Flugzeuges empfangen werden. Gemäß einer weiteren Ausgestaltung gestattet das andere Anzeigeinstrument die Annäherung an die oder das Entfernen von der Sendestationanzeige.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 ein Prinzipschaltbild einer ersten Ausführungsform,

Fig. 2 ein Prinzipschaltbild einer weiteren Ausführungsform und

Fig. 3 ein erläuterndes Schaubild.

Der in Fig. 1 dargestellte Drehtransformator bzw. Drehmeldegeber 10 ist in einem Flugzeug eingebaut und besteht aus einem Rotor mit einfacher Wicklung 11, die durch eine an Bord vorhandene Wechselstromquelle 12 gespeist wird, und einem Stator 13 mit zwei elektrisch voneinander unabhängigen Wicklungen 14 und 15, deren elektrische Achsen aufeinander senkrecht stehen. Mit einem Peilgerät 16 bekannter Art wird der Rotor 11 dauernd in Richtung einer in T dargestellten Funksendebake bzw. in eine um einen festen Winkelbetrag hiervon abweichende Richtung eingestellt.

Die Enden der Wicklungen 14 und 15 sind paarweise mit entsprechenden Enden der beiden Wicklungen 19 und 20 des Stators 17 eines weiteren Drehtransformators bzw. Drehmeldeempfängers 18 verbunden, der in einiger Entfernung von dem erstgenannten Drehtransformator angeordnet sein kann und in seinem Rotor 21 ebenfalls zwei unabhängige Wicklungen 22 und 23, mit rechtwinklig aufeinanderstellenden Achsen aufweist. Wie nachfolgend noch näher erläutert, liefert die Wicklung 22 das Seitenbestimmungssignal und die Wicklung 23 das Kursabweichungssignal. Mit einem handbetätigten oder selbsttätigen Kurswähler 38 kann der Rotor 21 so gedreht und eingestellt werden, daß die Achse der Wicklung 22 in eine vorgegebene Richtung zeigt.

Die beiden Wicklungen 22 und 23 sind getrennt voneinander an die Primärwicklung 24 eines Transformators 25 bzw. an die Primärwicklung 31 eines Transformators 32 angeschlossen. Die Mittelanzapfungen der Sekundärwicklungen 26 bzw. 33 beider Transformatoren 25 und 32 liegen an Masse. Die beiden Sekundärwicklungen 26 und 33 sind über je zwei Gleichrichter 29 bzw. 34 an Widerstände 27 bzw. 35 angeschlossen, deren Mittelanzapfungen mit dem einen, nicht an Masse angeschlossenen, Pol der Wechselsiromquelle 12 verbunden sind.

Dem Widerstand 27 ist die Erregerspule eines Spannungsmessers 28 parallel geschaltet, der den Seitenzeiger bildet. Dem Widerstand 35 ist ein Spannungsmesser 36 als Kursabweichungsanzeiger parallel geschaltet.

Wenn zusätzlich ein Richtungsanzeiger betätigt werden soll, kann — wie dargestellt — ein dritter Di ehtransformator bzw. Drehmelder 40 verwendet werden, dessen Stator 39 zwei rechtwinklig zueinander ange-5 ordnete Wicklungen aufweist, die den entsprechenden Wicklungen des Stators 17 parallel geschaltet sind. Die zugehörige einfache Rotorwicklung 41 des Drehtransformators 40 speist über einen Verstärker 42 einen den Richtungsanzeiger 44 betätigenden Hilfsmotor 43. Selbstverständlich kann hierfür auch jede andere gleichwertige Anordnung angewendet werden. Das Gerät arbeitet wie folgt:

Die selbsttätig in Richtung der Geraden, die das Flugzeug mit der Sendebake T verbindet, eingestellte Feldwicklung 11 induziert in den beiden Wicklungen 14 und 15 zwei Spannungen, deren Amplituden von der eingestellten Richtung abhängig sind. Diese zwei Spannungen erzeugen in den Wicklungen 19, 20 ein resultierendes magnetisches Feld, dessen Richtung mit der der Wicklung 11 übereinstimmt und demnach - auf die Sendebake T ausgerichtet ist.

Es ist bereits erwähnt worden, daß der Rotor 21 mit dem Kurswähler 38 so gedreht wird, daß die Wicklung 22 in Richtung des Soll-Flugkurses und die Wicklung 23 senkrecht hierzu ausgerichtet ist. Falls der tatsächliche oder Ist-Flugkurs mit dem Soll-Kurs übereinstimmt, steht die Wicklung 23 senkrecht zu dem magnetischen Feldvektor des Stators 17, und es wird in ihr keine Spannung induziert, so daß dann auch in der Sekundärwicklung 33 des Transformators 32 keine Spannung induziert ist. Unter diesen Umständen bleibt an den Gleichrichtern 34 und an den Klemmen des Widerstandes 35 der Potentialunterschied gleich Null, so daß das Instrument 35 keinen Ausschlag zeigt.

Falls der Ist-Kurs in einer bestimmten Richtung vom Soll-Kurs abweicht und beispielsweise — wie dargestellt — ein Kursfehler Θ nach rechts auftritt, steht die Achse der Wicklung 23 nicht mehr senkrecht zu dem im Stator 21 erzeugten magnetischen Feldvektor, so daß an den Klemmen dieser Wicklung eine Spannung induziert wird, deren Phasenlage und Amplitude der Richtung und Größe des Fehlerwinkels Θ entsprechen. Hierdurch erscheint an den Klemmen der Sekundärwicklung 33 eine Wechselspannung gegen Masse entsprechender Phase und Amplitude. Nach der Gleichrichtung erscheint diese Spannung an den Klemmen des Widerstandes 35 als pulsierende Gleichspannung entsprechender Polarität und Größe.

Der Zeiger des Instrumentes 36 schlägt demnach je nach der Richtung des Flugkursfehlers in der einen oder der anderen Richtung aus, wobei die Größe des Ausschlages der Größe des Kursfehlerwinkels entspricht.

Falls jedoch dieser Kursfehler in der einen oder anderen Richtung 90° übersteigt, beispielsweise wenn der blindfliegende Flugzeugführer — ohne es zu bemerken — die Funkbake überfliegt, wird die Phasenlage der in der Wicklung 23 induzierten Spannung utngekehrt, und der Zeiger des Instrumentes 36 schlägt in ■ entgegengesetzter Richtung aus. Somit kann man durch einfache Ablesung dieses Anzeigeinstrumentes nicht feststellen, ob das Flugzeug auf die Bake zufliegt und vom Sollkurs (beispielsweise) nach links abweicht, oder ob es sich von der Bake entfernt und nach rechts vom Sollkurs, abweicht.

Erfindungsgemäß wird diese fehlende Richtungseindeutigkeit mit Hilfe der Wicklung 22 behoben. Die in dieser Wicklung, sofern sie nicht senkrecht zu dem im Ständer, 17 gebildeten magnetischen

Feldvektor ausgerichtet ist, induzierte Spannung wird mit den Dioden 29 gleichgerichtet und dem Anzeigeinstrument 28 genauso zugeführt, wie es bereits für die Wicklung 23 und das Instrument 36 beschrieben wurde. Wegen der Ausrichtung der Wicklung 26 behält die in dieser induzierte Spannung für alle Kursfehler Θ zwischen 0 und 90° die gleiche Phasenlage bei, während für alle Kursfehler Θ zwischen 90 und 180° der gleiche, jedoch entgegengesetzte Phasenzustand auftritt. Die induzierte Spannung wird effektiv zu Null, um die Phasenlage zu wechseln, wenn die Verbindungslinie Flugzeug—Bake senkrecht zur Sollkursrichtung verläuft, oder auch im anderen Grenzfall, wenn das Flugzeug genau den Zenit der Bake überfliegt. Demzufolge schlägt bei Kursfehlern von weniger als 90° (wenn das Flugzeug sich der Bake nähert) der Zeiger des Instrumentes zur einen Seite des Skalennullpunktes aus, während bei Kursfehlern von mehr als 90° (wenn das Flugzeug sich von der Bake entfernt) dieser Zeiger zur anderen Seite ausschlägt. Somit liefert das Instrument 28 eine qualitative Anzeige, welche die erwähnte fehlende Eindeutigkeit beseitigt. Die Skala dieses Instrumentes kann beidseitig ihres Nullmittelpunktes die Aufschrift »Annäherung« und »Entfernung« bzw. »nach« und »von« tragen.

Die Kurven A und B in Fig. 3 veranschaulichen die Amplitudenänderungen der beiden in den Wicklungen 22 und 23 induzierten Spannungen für Kursfehlerwinkel Θ zwischen 0 und 360°, bzw. für den Fall, daß der Rotor 21 in bezug auf den im Stator 17 induzierten magnetischen Feldvektor einen vollen Kreis beschreibt. In der Kurve B entspricht die positive Halbwelle der Sinuskurve den Kursabweichungen des Flugzeuges nach einer Seite, beispielsweise »nach links«, während die negative Halbwelle den Kursabweichungen nach der anderen Seite, also »nach rechts« entspricht. In der Kurve A entspricht (beispielsweise) die positive Halbwelle der »Annäherung« des Flugzeuges an die Bake, die negative seiner »Entfernung« von derselben.

Die in Fig. 2 dargestellte Variante der Erfindung weicht von der in Fig. 1 dargestellten nur dadurch ab, daß bei den Drehtransformatoren bzw. Drehmeldern die Ständer drei in Stern geschaltete Wicklungen an Stelle von zwei rechtwinklig angeordneten Wicklungen aufweisen. Die Arbeitsweise ist genau dieselbe. Auch lassen sich in gewissen Fällen Ständer und Rotor bzw. deren Wicklungen gegeneinander vertauschen.

Claims (8)

1. Patentansprüche:

   !.Vorrichtung zur Fernmessung einer veränderlichen physikalischen Größe nach Betrag und Lage hinsichtlich eines Bezugswertes, insbesondere eines Winkels, oder zur Fernsteuerung entsprechend dieser Größe mit einem Transformator, in dessen Primärseite ein veränderbar ausgerichtetes Wechselfeld erzeugt wird, dessen Lage dem Betrag der Größe entspricht, um in der Sekundärseite eine Spannung zu induzieren., die sich als sinusförmige (oder andere) periodische Funktion der Größe ändert und für verschiedene Beträge der Größe im Bereich ihrer Änderung gleiche Beträge annehmen kann, so daß eine Eindeutigkeit der Anzeige nicht gewährleistet ist, wobei die Transformator-Sekundärseite zwei Wicklungen, im rechten Winkel zueinander aufweist, dadurch gekennzeichnet, daß die Ausgänge der beiden Wicklungen an zwei getrennte Auswertevorrichtungen (28, 36) zur getrennten Auswertung angeschlossen sind, von denen die eine den Betrag der anzuzeigenden Größe und die andere ihre Lage hinsichtlich des Bezugswertes, z. B. einer Bezugsrichtung, anzeigt.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine der Ausgangsspannungen an eine Auswertungsvorrichtung (28) angelegt wird, die nur auf die Phasenlage der betreffenden Spannung anspricht.
3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß jede Ausgangsspannung über eine phasenempfindliche Schaltung ein zugeordnetes Anzeigeinstrument (28., 44) betätigt.
4. 4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Primärelement (17) zur Erzeugung des veränderlich ausgerichteten Wechselfeldes zwei oder mehr unter einem Winkel zueinander angeordnete Wicklungen (19, 20) aufweist, die an die entsprechend angeordneten Sekundärwicklungen (14, 15) eines anderen regelbaren, als Sender dienenden Transformators (10) angeschlossen sind, dessen Primärseite (11) mit Wechselstrom gespeist ist, wobei die Primär- und. Sekundärelemente dieses als Sender dienenden Transformators (10) zueinander entsprechend der veränderlichen Größe, beispielsweise eines Winkels, einstellbar sind.
5. 5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärelemente (17, 21) des Empfängertransformators (18) in Bezug zueinander winkelmäßig eingestellt werden können, um einen Bezugswert für die veränderliche Größe, beispielsweise eine Bezugsrichtung, voreinzustellen.
6. 6. Verwendung einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche als Kursanzeiger in einem Fahrzeug, insbesondere einem Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigevorrichtung die Richtungslage einer Funksendestation (T) zu dem Fahrzeug wiedergibt.
7. 7. Kursanzeiger nach Anspruch 6 und 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Primär- und Sekundärelemente (11, 13) des als Sender dienenden Transformators (10) durch Funksignale, die von der Station (T) gesendet und an Bord des Fahrzeuges empfangen werden, fern-einstellbar sind.
8. 8. Kursanzeiger nach Anspruch 6 oder 7 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das andere Anzeigeinstrument (28) die Annäherung an die oder das Entfernen von der Sendestation (T) anzuzeigen gestattet.

   In Betracht gezogene Druckschriften:
   Deutsche Patentschriften Nr. 713 518, 888 714,
   830, 722 323, 702 595, 555 042, 755 578.

   Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

   ® 909 769/531 3.60