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Schaltanordnung zur kontinuierlichen Fernübertragung von Winkelwerten
oder von fortlaufenden Drehungen mit Hilfe von verschlüsselten Frequenzmodulationen
Die Erfindung betrifft eine Schaltanordnung zur kontinuierlichen Fernübertragung
von Winkelwerten oder von fortlaufenden Drehungen mit Hilfe von verschlüsselten
Frequenzmodulationen.
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Für die Fernübertragung von Winkelwerten hat man schon die verschlüsselte
Frequenzmodulation in der Weise benutzt, daß man die Frequenzverschlüsselung in
eine dem zu übertragenden Winkel proportionale Gleichspannung umformt und diese
zur Steuerung einer Übertragungsvorrichtung benutzt. Dabei besteht aber eine Grenze
für den Wert des übertragenen Winkels, bei der eine die Vorrichtung zum Rückwärtsgang
zwingende Diskontinuität auftritt. Im Falle einer Drehung hat man daher die Spannungsänderungen
durch lineare, von 0 bis 2 -t
zunehmende Sägezähne nur mit einer Diskontinuität
für jeden Wert 2 k T darstellen können. Dieses Verfahren gibt zwar
bei der Fernübertragung von Winkelwerten befriedigende Ergebnisse, ist jedoch nicht
anwendbar, wenn es sich darum handelt, kontinuierliche Drehungen fehlerfrei zu übertragen.
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Um diesem Mangel bei derartigen Fernübertragungssystemen abzuhelfen,
hat man schon binäre Modulationen angewendet, die durch Vermittlung eines Umschalters
mit einer Vielzahl von Sektoren verschlüsselt sind, an welchen Spannungen angelegt
werden, welche die zu übertragenden Werte darstellen. Auf diese Weise kann man wohl
die Genauigkeit der Fernübertragung in einem gewissen Ausmaß erhöhen, aber beseitigt
nicht die Diskontinuitäten.
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Man hat zur Fernübertragung von Winkelwerten auch schon eine Schaltanordnung
verwendet, bei der geberseitig 2 n Wechselspannungen verschiedener Frequenz dienen,
die auf der Empfangsseite einem einfachen Umwandler, d. h. einem Verhältnisstromempfänger
zugeführt werden, wobei eine Winkelfernanzeige erfolgt und das Winkelverhältnis
der einzelnen Frequenzen zueinander ein festes ist und die Verstellung mittels auf
gemeinsamer Achse sitzender Spannungsteiler vorgenommen wird. Auch dieses an der
Sendestelle die zu übermittelnden Winkelwerte in gegeneinander versetzte Frequenzen
verwandelnde und diese an der Empfangsstelle durch winkelmäßig gegeneinander versetzte
Spannungen anzeigende, ohne Frequenzmodulation arbeitende System stellt noch keine
vollwertige Lösung des Problems der kontinuierlichen Fernübertragung von Winkelwerten
dar.
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Die Erfindung geht nun zur Verwirklichung einer ohne Diskontinuität
durchführbaren Femübertragung von Winkelwerten oder fortlaufenden Drehungen unter
Verwendung von verschlüsselten Frequenzmodulationen von der Anwendung zweier linearer
zuerst zunehmender und dann abnehmender sowie um 7/2 gegeneinander versetzter Spannungen
und der Festlegung der übertragenden Werte auf jeder dieser Spannungsgeraden und
somit von der Darstellung der benutzten Spannungen durch zwei Reihen von untereinander
parallelen und gegeneinander um :t/2 versetzten Sägezähnen aus. Jeder Wert, z. B.
ein Winkel, wird, wie aus Fig. 1 der Zeichnung ersichtlich ist, unter dieser
Bedingung durch die zwei Punkte festgelegt, welche auf den beiden gegeneinander
versetzten und zwischen 0 und einem Maximum von z. B. 2m veränderlichen Sägezähnen
hervorgehoben sind. Wenn man eine verschlüsselte Übertragung ausführen will, kann
man demnach für eine kontinuierliche
Drehung zwei Folgen oder Reihen
von Verschlüsselungen mit ähnlichen zuerst wachsenden und dann abnehmenden Werten
aufstellen. Beispielsweise kann man das folgende Bestimmungssystem wählen: a) Für
den ersten Sägezahn hat man die Reihe oder die Funktion F: für den zwischen
0 und n
veränderlichen Winkel nimmt F von 2n - 1 bis
0
ab, und für den zwischen a und 2i7 veränderlichen Winkel nimmt
F von 0 bis 211 - 1 zu, usw., b) für den zweiten Sägezahn hat
man die Reihe oder FunktionG:,.für den zwischen 0 und T/2 veränderlichen
Winkel wächst G von 2n-1 bis 2--1, für den zwischen n12 und 3W2 veränderlichen
Winkel nimmt G von 2n - 1 bis 0 ab, für den zwischen
-r/2 und 2,-r/2 veränderlichen Winkel nimmt G von 0 bis 2n
- 1 zu usw. Man verfügt somit in dem Intervall 0 - 2,-1 über eine
Folge oder Reihe von Verschlüsselungen mit n
Ziffern oder Elementen und mit
2n Gliedern, welche mit Umkehrung des Bezeichnungssinnes unmittelbar aufeinanderfolgen
oder die symmetrisch mit Bezug auf ihre gleichen Glieder 2n - 1 sind.
Wenn man diese den versetzten Sägezähnen entsprechenden Reihen prüft, stellt man
fest, daß eine Verzögerung oder eine Voreilung von -r/2 einer Versetzung um ein
Viertel der zwei aneinandergesetzten Reihen, d. h. einer Versetzung um eine
halbe Reihe entspricht. Auf Grund dieser Tatsache kann man eine Verdichtung
in der Zahl der für die Übertragung der beiden gegeneinander versetzten Folgen benutzten
Ziffern oder Elemente erreichen und die Winkel durch eine einzige Folge oder Reihe
ohne Diskontinuität von 0 bis a
bestimmen.
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Für die Verschlüsselung kann man entweder das binäre Zählungssystern
oder die zyklischen Verschlüsselungen benutzen. Vorzugsweise wird man solche zyklische
Verschlüsselungen verwenden, bei denen eine einzige Ziffer sich ändert, wenn man
von einem Schlüssel auf den unmittelbaren Nachbarschlüssel übergeht. Die Fehler
bei, der Verschlüsselung, insbesondere die auf der Benutzung von den elektromechanischen
Apparaten beruhenden Fehler, werden auf diese Weise vermieden. Im übrigen muß man
Sorge tragen, daß für eine auf dem binären Zählsystem beruhenden Verschlüsselung
wie für eine zyklische Verschlüsselung die Bildungsgesetze derart sind, daß zwei
um die halbe Zahl ihrer Glieder versetzte Reihen oder Folgen nur durch ihre ersten
Kolonnen voneinander abweichen.
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In Fig. 2 ist eine derartige Bildung einer zyklischen Reihe oder kreisförnügen
Folge mit sechs Ziffern dargestellt, welche in Aufeinanderfolge der Ziffern zunimmt
und abnimmt. Die Kolonnen n - 3 bis 0
bilden die zunehmenden
und dann abnehmenden Werte und umfassen 2 , 2n-2 = 2n-1 Glieder. Die
Kolonnen n - 1 und n - 2, ferner die Kolonnen n - 5
bis
0 bilden die zunehmenden und dann abnehmenden und dabei versetzten Werte.
Die Kolonnen n - 5
bis 0 sind gemeinsam für die Entstehung der
beiden versetzten binären Funktionen. Man braucht daher insgesamt n Ziffern, um
211-1 verschiedene Glieder zu bilden. Um die Übertragung einer kontinuierlichen
Drehung ohne Diskontinuität zu gewährleisten, ist es daher notwendig, über eine
zusätzliche binäre Ziffer zu verfügen, um eine und dieselbe Bestimmung der Größe
zu erzielen.
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Die verschlüsselten Frequenzmodulationen werden durch geeignete übertragungsmittel
einem Empfänger zugeleitet, um das ferngesteuerte Gerät, z. B. einen Anzeiger, zur
Wirkung zu bringen. Die in beliebiger bekannter Weise bewirkte Umformung der empfangenen
zyklischen Verschlüsselungen in zu ihren Dezimalwerten proportionale Werte ergibt
schließlich zwei Spannungen mit einem zuerst zunehmenden Veränderungsgesetz und
entspricht den erwähnten und erläuterten Reihen oder Funktionen F und
G.
Die resultierenden Spannungen F und -F können an zwei an den Enden
des Durchmessers liegenden Punkten eines kontinuierlich veränderlichen Potentiometers
angelegt werden, und die Spannungen G und - G werden an die
Enden des zu diesem Durchmesser senkrechten Durchmessers herangeführt.
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Bei geeignet gewähltem Anfangspunkt befinden sich, wenn a der übertrage
Winkel ist, nur die den Winkeln a und (a + -r) entsprechenden Punkte (vgl.
Fig. 3) auf dem Potential 0. Man nimmt eine der Spannungen durch einen
Läufer ab und führt sie einem Abhängigkeitsverstärker zu, welcher diesen Läufer
mitnimmt, bis die Spannung auf 0 vermindert ist, d. h. bis der Läufer
auf die dem Winkel a entsprechende Lage gebracht ist. Die Abhängigkeit kann sich
nicht in einer anderen Lage stabilisieren, wodurch jede Zweideutigkeit und Unklarheit
vermieden ist. Die resultierenden Spannungen können auch durch zwei kontinuierlich
veränderliche Potentiometer abgenommen werden, von denen jedes einen Läufer aufweist,
der um zr12 von dem Läufer des anderen Potentiometers entfernt ist, und man wird
dann von diesem Läufer aus den Unterschied der durch jeden der Läufer abgenommenen
Spannungen übertragen.
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Auf Grund dieser Überlegungen wird nach der Erfindung das Problem
der kontinuierlichen Fernübertragung von Winkelwerten oder von fortlaufenden Drehungen
rnit Hilfe von verschlüsselten Frequenzmodulationen unter Verwirklichung des Prinzips
der Verwandlung der zu übermittelnden Winkelwerte in gegenseitig versetzte Frequenzen
an der Sendestelle und der Wiedergabe dieser Frequenzen durch um einen bestimmten
Winkel gegeneinander versetzte Spannungen am Empfangsort durch eine Schaltanordnung
gelöst, die dadurch gekennzeichnet ist, daß an der Sendestelle die zu übermittelnden
Winkelwerte in verschlüsselte Werte von Frequenzen, und zwar in zwei Gruppen von
je zwei sich aneinander anschließenden, zyklischen, bei n Ziffern mit 211-1
verschiedenen Gliedern aufgestellten Folgen von verschlüsselten Werten und unter
gegenseitiger Versetzung der beiden Gruppen um eine halbe Länge einer Folge durch
(m + 1) in der Frequenz. voneinander abweichende Schwingungserzeuger
über einen Umwandler umgeformt sind und die erhaltenen beiden Reihen von Frequenzverschlüsselungen
1"-" fn-23 In-53 ... f. und f,-" fil-4# fn-5 ... fo in je zwei
Reihen von linearen, gegeneinander um n/2 in der Phase verschobenen Sägezahnspannungen
umgewandelt sind, während an der Empfangsstelle die den einzelnen Winkeln entsprechenden
verschlüsselten Frequenzen der beiden zyklischen Reihen f" - 1, f. - 29 In-5
... fo und fn-s3 fn-4e fn-5 ... 10 über je einen Umwandler
in binäre Verschlüsselungen übergeführt und diese beiden Verschlüsselungen in um
n12
gegeneinander versetzte Spannungen umgeformt sowie diese Spannungen
zur Verstellung des fernzusteuernden Gerätes verwendet sind.
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Im einzelnen kann die Schaltanordnung nach der Erfindung so ausgebildet
sein, daß gegeneinander versetzte Spannungen, welche an einem kontinuierlich veränderlichen
Potentiometer nach entsprechender Einstellung des Läufers abgenommen sind, kreuzweise
anwendbar sind. Diese Spannungen können an zwei kontinuierlich veränderlichen Potentiometern
mit um r/2 gegeneinander versetzten Läufern abgenommen werden, und die Differenz
der an den Läufern entnommenen Spannungen kann für die Fernsteuerung übertragen
werden. Ferner kann die Übertragung mit Hilfe von zwei Ketten erfolgen, von denen
die eine mit Abschleifungswirkung arbeitet und die andere die Genauigkeit der Übertragung
steigert und die eine mit einem Vielfachen der Übertragungsgeschwindigkeit der anderen
wirksam ist.
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Wenn man mehrere Drehungen oder verschiedene Werte auf einem und demselben
Übertragungskanal, z. B. einem Kabel oder einem Wellenbündel, übertragen
will, können die verschlüsselten Frequenzen durch je einem Wert oder einer
Drehung entsprechende Gruppen gebildet sein und mittels der iiblichen Verfahren
mit Trägerströmen befördert werden. Zur Erhöhung der Genauigkeit der Übertragung
kann man bekannte Abschleif- und Verfeinerungssysteme oder auch Drehungsvervielf
achungssysteme mit Nullrückstellung der bei den Schrittschaltmotoren gebräuchlichen
Art vorsehen.
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Die verschlüsselten Frequenzen werden dann durch einen Mischer bekannter
Ausführung geschickt und beispielsweise einem Fernsprechkabel zugeleitet. Auf der
Empfangsstelle werden die verschlüsselten Frequenzen durch Bandpaßfilter mit anschließenden
Detektoren getrennt. Die Frequenzen 1,1-1, fl-V f"_, . . . f, einerseits
und die Frequenzen f"-" fn-V f,-, . . . f. anderseits werden
je einem Umwandler zugeführt, der zyklische Verschlüsselungen in binäre Verschlüsselungen
umformt. Die beiden binären Verschlüsselungen werden in eine Spannung durch Stromquellen
in geometrischer Reihe oder durch abgeglichene Widerstände umgeformt, und diese
Spannungen werden dann einem Abhängigkeitssystem zugeleitet.
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Wenn man mit einem Feineinsteller und mit Nullrückführung arbeitet,
benutzt man ein oder mehrere zusätzliche Frequenzen, welche ebenfalls durch Filterung
ausgewählt werden und während der dem Feineinsteller zugeordneten Dauer gesendet
werden, um den Empfänger mit bekannten Mitteln in Phase zu bringen. Das Verfahren
nach der Erfindung läßt sich auch ohne besondere Abänderungen dazu verwenden, alle
Fernmaßnahmen für die Übertragung von Koordinaten durchzuführen und eine Fernsteuerung
zu bewirken, ohne daß Geräusche oder Verzerrungserscheinungen, welche an den Fernsprechleitungen
oder anderen Nachrichten-übertragungsmitteln auftreten können, irgendeinen Einfluß
auf die Ergebnisse der Fernübertragung oder Fernsteuerung haben.
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Wenn man zur Erhöhung der Genauigkeit bei der Bestimmung der Winkelwerte
ein System mit vervielfachter Drehung zu Hilfe nimmt, werden die Darstellung der
Winkel und die Verschlüsselung nicht unmittelbar auf den zu übertragenden Winkelwert,
sondern auf ein mit einem geeignet gewählten Faktor erhaltenes Vielfaches des Winkelwertes
angewendet. Wenn es zur Erzielung dieser Genauigkeitssteigerung auch theoretisch
genügt, Verschlüsselungen mit einer genügenden Zahl N von Ziffern bei einem
Quantisierungsschritt gleich 2j7/2N zu benutzen, ergibt sich in der Praxis eine
Beschränkung, weil man bei der Rückverwandlung der Verschlüsselungen in Spannungen
Widerstände von sehr hoher Genauigkeit benutzen und für die Rückverwandlung in der
Wellenstellung Potentiometer mit kontinuierlicher Änderung großer Linearität verwenden
muß.
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Die Darstellung der Winkel und die gewählte Verschlüsselung, wodurch
die Übertragung der kontinuierlichen Drehungen möglich wird, sind daher besonders
zweckmäßig für die Benutzung des bekannten Prinzips der Übertragung durch Multiplikation
der Drehung, sei es mit einer Phasenverschiebung durch Rückstellung auf Null oder
für bestimmte Winkel, wie bei den Systemen mit Schrittschaltmotor, oder sei es mit
Benutzung von zwei Drehungsketten, von denen die eine die Winkel in wahrer Größe
und die andere die multiplizierten Drehungen nach dem als Übertragung mit Abschleifung
zu bezeichnenden System darstellt.
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Wenn man mit 2:T/2n die für die multiplizierte Drehung gewählte Bestimmungsgenauigkeit
der Winkel bezeichnet, die sich als Ergebnis eines Ausgleiches zwischen der gewünschten
Gesamtgenauigkeit der Übertragung und der praktisch erreichbaren übertragungsgenauigkeit
darstellt, und wenn man mit 2-den auf Grund des nämlichen Ausgleiches gewählten
Multiplikationswert der Winkel bezeichnet, so muß die Drehung mit dem wirklichen
Winkel oder die Abschleifkette 2m Stellungen für jede Umdrehung, d. h. Winkel
mit einer Genauigkeit von mindestens gleich 2,T/2m bestimmen. Man überträgt somit
die beiden Drehungen nach diesem Prinzip der Darstellung der Winkel und der erwähnten
Verschlüsselung.
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Da erfindungsgemäß der übertragungskanal gut ausgenützt wird und da
eine Übertragung mit Abschleifung und Genauigkeitseinstellung mehr Bestimmungsfrequenzen
für Verschlüsselungsziffern als eine Übertragung mit Multiplikation der Drehung
und mit Rückstellung auf Null erfordert, werden die durch das Prinzip der Verschlüsselung
an sich erreichten Vorteile bei dem Verfahren nach der Erfindung weitgehend nutzbar
gemacht.
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Wie aus Fig. 2 ersichtlich, enthalten die Kolonnen n 4 und
n., welche die zweiten Kolonnen der ersten zyklischen Folge oder Reihe F und der
quadratischen Reihe oder Folge G sind, stets verschiedene Ziffern oder auch
zueinander komplementäre Zahlen. Diese beiden Kolonnen sind für den Empfang notwendig,
um die binären Verschlüsselungen in den Verschlüsselungswandlem zu bilden und dann
die proportionalen Spannungen herzustellen. Die Übertragung der beiden Kolonnen
hingegen ist nicht unbedingt notwendig, da es praktisch genügt, nur eine davon zu
übertragen und eine Vorrichtung bekannter Art an der Empfangsstelle für jede ihr
zugeführte Ziffer die komplementäre Ziffer herstellt, d. h. die Werte
0 in 1
und die Werte 1 in 0 umformt. Es ist auf diese
Weise möglich, in dem übertragungskanal nur Verschlüsselungen mit n Ziffern zur
Bestimmung von 2 n Werten zu haben.
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Anderseits ist festzustellen, daß diese Reihe mit n Ziffern, welche
von der Zusammendrängung der zwei
Reihen F und G von
je n - 1 Ziffern herrührt, sich unter verschiedenen Formen
darbieten kann, je nachdem die gegenseitige Versetzung der beiden Reihen
durch eine Voreilung oder eine Verzögerung der einen gegenüber der anderen Reihe
bewirkt ist oder je nachdem man die zweite Kolonne von links bei der Reihe
F oder G überträgt, d. h. je nachdem die Art der Zusammendrängung
der beiden Reihen ist. Dabei läßt sich unter den verschiedenen Reihen, welche man
auf diese Weise bilden kann, auch die zyklische Reihe mit n Ziffern, welche 2n Werte
bestimmt, erzielen, wodurch es möglich wird, beim Senden elektromechanische Umformer
bekannter Art zu benutzen, was von wesentlichem Vorteil ist.
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Für die Übertragung von Drehungen oder Winkelwerten mit einer Genauigkeit
von muß man daher (m+n) Ziffern übertragen, welche
beispielsweise durch (m+n) Anwesenheiten oder Abwesenheiten von Gleichspannungen
oder Frequenzen dargestellt sind. In diesem Fall kann der übertragungskanal durch
ein Kabel gebildet sein, das (m+n+1) Leiter enthält, wenn man jede Ziffer
1 durch die Anwesenheit einer Spannung überträgt, welche auf ein Ausgangspotential
bezogen ist, das durch den (m+n+1)ten Leiter geliefert wird. Der Kanal kann ebenfalls
und vorzugsweise durch ein einziges Paar gebildet sein, bei dem jede Ziffer durch
eine genau bestimmte Frequenz dargestellt ist.
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In Fig. 4 und 5 ist eine Schaltanordnung dargestellt, welche
der Übertragung einer eine kontinuierliche Winkeldrehung eines Gerätes entsprechenden
Nachricht, z. B. mit einer Genauigkeit von '/4000, entspricht. Fig. 4 betrifft die
Sendung und Fig. 5 den Empfang dieser Nachricht. Die Nachricht wird in der
Form von Spannung durch irgendwelche bekannte Mittel mit einem Mulitiplikationsverhältnis
von 16
geliefert. Der Wert der zu übertragenden Nachricht ist durch eine aus
binären Elementen bestehende Verschlüsselung dargestellt, welche durch die Anwesenheit
oder durch die Abwesenheit von Einzelgliedern gekennzeichnet ist. Die Benutzung
der beiden zyklischen, erfindungsgemäß gegeneinander versetzten Reihen ermöglicht
es, den kontinuierlichen Drehungen in den beiden Richtungen zu folgen und die Winkel
ohne Ungenauigkeit und Zweideutigkeit festzulegen und dabei elektromechanische Umwandler
von einfacher Bauart für die Verschlüsselung ohne Gefahr irgendeines Lagenfehlers
der in Umdrehung befindlichen Welle zu verwenden. Ferner gestatten die besonderen
vorteilhaften Eigenschaften der kreisförrnigen Folge mit zwei zyklischen Reihen
von 2m Verschlüsselungen von m Elementen mit nur (m + 1)
Elementen
die Ausdehnung des Spektrums der verwendeten Frequenzen zu verringern.
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Wenn man m=7 wählt, erhält der SenderA nach Fig. 4 acht Schwingungserzeuger
1, welche zur Bildung der Frequenzverschlüsselungen bestimmt sind und für
die übertragungskette der Nachricht wirksam sind. Ferner weist der SenderA für die
Umformung der Winkel in Verschlüsselungen einen Umwandler l'
auf, der acht
Dynamokollektoren angeglichen sein kann, von denen jeder durch eine andere Frequenz
gespeist wird und deren metallische und isolierende Teile den Werten 1 bzw.
den Werten 0 der kreisförmigen Folge entsprechen. Der erste Kollektor ist
in bekannter Weise in 128=27 Elemente, der zweite in 64 = 26 Elemente
usw.... unterteilt. Der Umwandler l' kann unmittelbar im Verhältnis
32 durch das Gerät oder durch Vermittlung eines geeigneten Servomotors 2
angetrieben werden.
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Der SenderA enthält ferner eine Phaseneinstellvorrichtung
3, deren Kollektor die Winkel zu
bestimmt, was einer Ungenauigkeit von
Umdrehung entspricht. Die Phasenlage wird selbsttätig, wenn nötig, bei jedem Durchgang
eines Winkels durch die Stellen
die beispielsweise bei dem Winkelwert 0' und dem Winkelwert 101'15' liegen,
durch Aussendung mindestens einer Zusatzfrequenz während der ganzen Dauer des Durchganges
eines Winkels an einer dieser Stellen wiederholt. In dem Sender A sind schließlich
auch noch ein Mischer4 und ein Modulator4' vorgesehen, um die Frequenzen der Verschlüsselungsfrequenzen,
denen man zwei Phasenfrequenzen zugefügt hat, zu summieren und zu transponieren.
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Der in Fig. 5 dargestellte Empfänger B enthält einen Demodulator
5, der die Frequenzgruppen wiedergibt, wobei eine mit den Gruppen durch den
Sender abgegebene Steuerwelle zur Regelung des Empfangspegels dient. Weiterhin weist
der Empfänger B Bandpaßfilter 6 für die Auswahl der Frequenzen und anschließend
an die Filter Detektoren 7 auf, welche eine Spannung jedesmal dann liefern,
wenn die Verschlüsselungsziffer 1 ist, während sie spannungslos sind, so
oft die Verschlüsselungsziffer 0 ist. Weiterhin sind in dem Empfänger B Umwandler
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vorhanden, welche die verschlüsselten, von diesen Spannungen herrührenden
Frequenzen nacheinander in binäre oder ähnliche Verschlüsselungen umformen.
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Schließlich enthält der Empfänger B noch zwei Gruppen von in geometrischer
Reihe abgestuften und in Sternanordnung geschalteten Widerständen 9, an denen
man die den Verschlüsselungen entsprechenden Spannungen empfängt. Diese Spannungen
werden einem Servomechanismus zugeführt, der in üblicher Weise aus einem Motor
10, einem Verstärker 10' und einem über einen Phasenumformer
11 gespeisten Potentiometer 10" besteht. Der ganze Servornechanismus
wirkt auf einem Kollektor 12, welcher die Sektoren 121 und 12, enthält, welche durch
den Demultiplikator 13 im umgekehrten Verhältnis von 32
die Einstellung
ermöglichen. Diese Maßnahmen werden nach der Erfindung durch das linear und kontinuierlich
veränderliche Potentiometer 10" bewirkt, dem man die gegeneinander versetzten
Spannungen F und G an zwei Paaren von Punkten zuführt, die symmetrisch zu
Erde liegen und um 90' gegeneinander versetzt sind. Der Empfänger B ist schließlich
auch mit einem Synchronisator 14 versehen, welcher einerseits die von den durch
die Detektoren 7 gelieferten Einzelfrequenzen herrührenden Spannungen und
anderseits die Spannungen empfängt, welche durch den von der Quelle 15 gespeisten
Kollektor 12 geliefert werden.
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Die Anwendung des Verfahrens nach der Erfindung für die Übertragung
einer eine Winkeldrehung betreffenden Nachricht ist schematisch in Fig.
6 und 7
dargestellt, von denen Fig. 6 den Sender und Fig.
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den Empfänger wiedergibt. Auch in diesem Fall arbeitet man vorzugsweise
mit einer zyklischen binären
Verschlüsselung, welche auch reflektierte
binäre Verschlüsselung genannt werden. Man kann von einem auf ein anderes Verschlüsselungssystem
durch einfache arithmetische Maßnahmen übergehen. Um beispielsweise die binäre Zählweise
durch die reflektierte binäre Verschlüsselung zu ersetzen, volWeht man die Umwandlung
Ziffer um Ziffer und beginnt dabei mit der den höchsten Rang aufweisenden Ziffer.
Die Ziffer mit dem höchsten Rang in der rellektierten binären Verschlüsselung stimmt
überein mit der im binären Zählsystem den höchsten Rang einnehmenden Ziffer. Die
zweite Ziffer der reflektierten binären Verschlüsselung ergibt sich durch nach dem
sogenannten »Summenmodul 2« erfolgende logische Addition der ersten und der zweiten
Ziffer des binären Zählsystems, die dritte Ziffer der reflektierten binären Verschlüsselung
durch entsprechende Addition der zweiten und der dritten Ziffer der binären Zählweise,
und diese Addition wird sinngemäß bis zum Rang der Einheiten fortgesetzt.
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Bei dem Sender nach Fig. 6 ist n = 7 und
m = 5 angenommen. Die Frequenzverschlüsselung der Winkelwerte
wird unmittelbar durch elektromagnetische Systeme von der Drehumschalterart erreicht,
welche durch die Oszillatoren 21 bei ihrem Umlauf gespeist werden. Ein erster drehbarer
Umschalter 22 mit fünf Stromkreisen wird unmittelbar durch die Welle 23
angetrieben,
deren Winkelstellung man übertragen will. Ein zweiter drehbarer Umschalter 24 mit
sieben Stromkreisen wird durch Vermittlung eines Getriebes 25 mit dem übersetzungsverhältnis
von 25=32 durch die gleiche Welle 23 in Umlauf versetzt, wobei die Winkelstellung
der beiden Umschalter geeignet gewählt ist. Die Bestimmung der Winkel erfolgt daher
mit einer Genauigkeit von
Man verfügt auf diese Weise über zwölf Generatoren von verschiedenen und genau bestimmten
Frequenzen, und die Sinusspannungen, welche sie liefern, werden den zwölf Umschaltungsstromkreisen
der drehbaren Umschalter 22 und 24 zugeleitet, welche unmittelbar die gewünschte
Verschlüsselung liefern. Diese Gesamtheit von Frequenzen wird dann einem Mischer
26 und weiterhin einem Verstärker 27 zugeleitet, was die Möglichkeit
bietet, sie beispielsweise durch ein einziges Fernsprechleitungspaar zu überel tragen.
Der Empfänger nach Fig. 7 weist an der Eingangsseite einen Verstärker
28 auf, welcher die Dämpfung des übertragungskanals ausgleicht und zwölf
auswählende Bandpaßfilter 29 speist. An der Austrittsseite des Wählers
29 erhält man somit getrennt die fünf die Winkelverstellungen in wahrer Größe
wiedergebenden verschlüsselten Frequenzen (Abschleifwirkung) und die sieben von
der Multiplikation der Drehung mit dem Faktor 32 herrührenden Frequenzen
(Genauigkeitswirkung). Die so ausgewählten Frequenzen werden in den Detektoren
30 gleichgerichtet und dann einem die zyklischen in binäre Verschlüsselungen
umformenden Umwandler 31-31'
und weiterhin einem Umwandler 32-32' zugeleitet,
der binäre Verschlüsselungen in proportionale Spannungen umformt.
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An der Ausgangsseite der die wirkliche Drehung wiedergebenden Umwandler
31-32 werden die Spannungen, welche der abschleifend wirkenden Kette (±,'D
und ± GD) entsprechen, kreuzweise einem linearen, kontinuierlich veränderlichen
Potentiometer 33 zugeführt. An der Ausgangsseite der Umwandler 31'-32', welche
die multiplizierte Drehung darstellen, werden die Spannungen, welche hier der Genauigkeitskette
(±Fp und ±Gp) entsprechen, kreuzweise einem linearen, kontinuierlich veränderlichen
Potentiometer 34 zugeleitet. An der Ausgangsseite der Umwandler 31-31' verfügt
man nämlich über Verschlüsselungen, welche in binärer Zählweise die durch die Funktionen
F und G erhaltenen Werte wiedergeben. Die an der Ausgangsseite jedes Umwandlers
erhaltenen Spannungen dienen dazu, die Unterbrechervorrichtungen zu entriegeln,
welche Widerstandsnetze in geometrischer Reihe mit den festen, genau bestimmten
Spannungsquellen verbinden. Man kann auf diese Weise Spannungen, welche den durch
die Funktionen F und G gewonnenen Werten proportional sind, erhalten und
ferner Spannungen, welche ebenfalls proportional, aber von entgegengesetztem Vorzeichen
sind, d. h. den Funktionen -F und - G entsprechen.
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An den Läufern der beiden linearen, kontinuierlich veränderlichen
Potentiometer, denen diese Spannungen paarweise zugeführt werden, nimmt man eine
Spannung ab, welche als abhängige Berichtigungsspannung dient. Es ist nämlich eine
Lage, und zwar nur eine einzige Lage vorhanden, die dem Ausgleich der an dem Läufer
eines jeden Potentiometers erzielten Spannung entspricht und eine stabile Gleichgewichtslage
liefert.
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Das zweite Potentiometer 34 wird mechanisch durch ein Getriebe mit
dem übersetzungsverhältnis 32
über die Achse des ersten Potentiometers
33 angetrieben, das seinerseits mit einer geeigneten Demultiplikation durch
einen Servomotor 35 verstellt wird. Ein Umkehrrelais 36 schaltet einen
Verstärker 37 um, welcher selbst den Motor 35 über den Läufer des
»Abschleifungs«-Potentiometers 33 oder über den Läufer des »Genauigkeits«-Potentiometers
34 speist. Das Relais 36 wird seinerseits durch Vermittlung eines kleinen
Verstärkers 38 mit geeigneter Ansprechempfindlichkeit von einer Fehlerspannung
aus gespeist.
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Der gesamte Servomechanismus sucht demnach sich zuerst möglichst nahe
dem wirklichen Winkelwert durch Benutzung der durch die abschleifend wirkende Kette
gelieferten Nachricht in Stellung zu bringen, und dann stellt er sich auf Grund
der Wirkung des Relais genau auf den übertragenen Winkelwert unter Benutzung der
durch die »Genauigkeits«-Kette übertragene Nachricht ein. Dieser Vorgang kann im
übrigen nur als Folge einer Ingangsetzung oder nach einer Diskontinuität der übertragung
der Nachrichten zur Wirkung kommen, wenn nicht die Einstellung des Servomechanismus
sich kontinuierlich von der »Genauigkeits«-Kette aus vollzieht.
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Bei der Anordnung nach Fig. 6 und 7 ist ein Umwandler
für die Umformung von zyklischen Verschlüsselungen in binäre Verschlüsselungen mit
m
Ziffern, wie z. B. der Umwandler 31, durch (m - 1)
in
Kaskade geschaltete Additionsvorrichtungen gebildet. Ein derartiger Umschalter kann
in bekannter Weise nach dem System der bei Rechenmaschinen benutzten Kontaktnetze
durch ein Netz von Relaiskontakten gebildet sein, die durch die Detektorspannungen
betrieben werden, welche die Ziffern darstellen. Statt dessen kann der Umwandler
auch
aus rein elektronischen, in Kaskade geschalteten Additionsvorrichtungen
bestehen.
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Im Fall von raschen Drehungen können insbesondere bei der »Genauigkeits«-Kette,
deren Drehgeschwindigkeit noch mit 32 multipliziert ist, die Takte der Unterbrechungen
eine sehr hohe Zahl erreichen und die für Relais zulässigen Kontakte überschreiten.
Es ist dann vorteilhaft, rein elektronische Vorrichtungen zu verwenden, wie sie
bei den elektronischen Rechenmaschinen mit Handbedienung üblich sind und mit Impulsen
mit Wiederholungsfrequenzen bis zu einigen Zehn- oder Hundertkiloherz in der Sekunde
arbeiten können.
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Für langsame Drehungen können der Umwandler für die »Abschleifungs«-Verschlüsselungen
und der Umwandler für die »Genauigkeits«-Verschlüsselungen durch Relaisnetze gebildet
sein. Für die übertragungen mit nüttlerer Geschwindigkeit kann der »Abschleifungs«-Umwandler
mit Relais und der »Genauigkeits«-Umwandler mit elektronischen Vorrichtungen ausgerüstet
sein, während für große Drehgeschwindigkeiten für die beiden Umwandler nur rein
elektronische Additionsgeräte in Betracht kommen.