DE1131900B

DE1131900B - Verfahren zur Umwandlung mechanischer Verschiebungen oder Schwingungen in elektrische Strom- oder Spannungswerte

Info

Publication number: DE1131900B
Application number: DEH34420A
Authority: DE
Inventors: Dr Peter Koehler
Original assignee: Hagenuk Vorm Neufeldt and Kuhnke GmbH
Current assignee: Hagenuk Vorm Neufeldt and Kuhnke GmbH
Priority date: 1958-09-30
Filing date: 1958-09-30
Publication date: 1962-06-20

Description

Es sind schon Verfahren der obengenannten Art bekannt, bei denen ein den Verschiebungen oder Schwingungen ausgesetztes Fühlorgan seinerseits den frequenzbestimmenden Schwingkreis eines Oszillators entsprechend diesen Verschiebungen oder Schwingungen verstimmt. Die durch die Verstimmung hervorgerufenen Änderungen der Oszillatorfrequenz werden an der Flanke der Resonanzkurve eines um einen festen Betrag gegenüber der Oszillatorfrequenz verstimmten Schwingkreises (Flankendetektor) in Amplitudenänderungen umgewandelt. Bei diesem Verfahren bereitet aber die Nullpunktstabilisierung Schwierigkeiten, da man ja einen verstimmbaren Oszillator nicht frequenzstabilisieren kann und jede Frequenzauswanderung unmittelbar als Nullpunkt-Verschiebung in die Ausgangsspannung eingeht.

Andererseits ist auch ein Verfahren bekannt, bei dem der zu verstimmende Schwingkreis mit einer Festfrequenz fremdgespeist wird. Dieser Schwingkreis ist bei einer Mittelstellung des Fühlorgans um so viel gegenüber der Festfrequenz verstimmt, daß diese etwa auf der Flankenmitte der Resonanzkurve liegt. Hierbei wird also von dem Fühlorgan an Stelle des Oszillators der Flankendetektor verstimmt. Aber auch bei diesem Verfahren wirken sich Un-Stabilitäten der Oszillatorfrequenz und -amplitude unmittelbar auf die Ausgangsspannung aus.

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Umwandlung mechanischer Verschiebungen oder Schwingungen in elektrische Strom- und Spannungswerte, bei dem durch ein' den Verschiebungen oder Schwingungen ausgesetztes Fühlorgan mindestens einer von zwei Schwingkreisen verstimmt wird, die an einen mit konstanter Frequenz schwingenden Oszillator lose angekoppelt und auf dessen Frequenz wenigstens annähernd abgestimmt sind und bei dem ferner aus den an den Schwingkreisen sich einstellenden Wechselspannungen Gleichspannungen abgeleitet werden und aus diesen die Differenz gebildet wird.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schwingkreisen sich einstellenden Wechselspannungen unter Amplitudenbegrenzung je in einem Phasendetektor mit der Oszillatorspannung oder einer von dieser phasenstarr abgeleiteten Spannung (Bezugsspannung) in der Phase verglichen werden und die Differenz aus den -von beiden Phasendetektoren abgegebenen Gleichspannungen gebildet wird. _ . .

Es ist zwar auch bereits ein Verfahren bekannt, bei dem zwei Schwingkreise verwendet werden, von denen der eine verstimmt wird, jedoch werden bei¹-Verfahren zur Umwandlung mechanischer

Verschiebungen oder Schwingungen
in elektrische Strom- oder Spannungswerte

Anmelder:

HAGENUK vorm. Neufeldt & Kuhnke
G.m.b.H.,

Kiel, Westring 431-451

Dr. Peter Koehler, Kronshagen über Kiel,
ist als Erfinder genannt worden

diesem Verfahren die Spannungen der beiden. Schwingkreise in einer angekoppelten Gleichrichterbrücke miteinander verglichen. Bekanntlich ist aber auch die Brückendifferenzspannung, sofern sie einen von Null verschiedenen Wert hat, von der Höhe der Speisespannung (das ist hierbei die Oszillatorspannung) abhängig. Um diese Abhängigkeit zu beseitigen, wird mit der Brückendifferenzspannung ein Nachlaufmotor gesteuert, der das Brückengleichgewicht wiederherstellt. Die Verstellbewegung des Nachlaufmotors könnte dann mittels eines Potentiometers in eine elektrische Größe verwandelt werden. Es wird also bei diesem bekannten Verfahren die mechanische Meßgröße über eine elektrische Größe in eine mechanische Größe mit größerer Verstellkraft und diese wiederum in eine elektrische Größe verwandelt.

Das erfindungsgemäße Verfahren dagegen erreicht die Umwandlung einer mechanischen Meßgröße in eine von der Oszillatoramplitude unabhängige elektrische Größe ohne diesen aufwendigen Umweg. Bei dem neuen Verfahren wird nämlich die durch Verstimmung der Schwingkreise hervorgerufene Phasenverschiebung der Schwingkreisspannungen ausgewertet, während die mit der Verstimmung verbundenen Amplitudenänderungen — und damit gleichzeitig etwaige Amplitudenschwankungen des Oszillators — vor dem Phasenvergleich unwirksam gemacht werden.

Etwaige Frequenzauswanderungen des Oszillators gleichen sich bei dem neuen Verfahren folgendermaßen aus:¹

: ; 209 610/188

Da ja eine Änderung der Oszillatorfrequenz phasenmäßig wie eine gleichsinnige Verstimmung beider Schwingkreise wirkt, wird sich an jedem der beiden Phasendetektoren die Phasendifferenz zwischen Schwingkreis- und Bezugsspannung um denselben Betrag und in demselben Sinne verändern. Dementsprechend wird dann jede der beiden zur Differenzbildung gebrachten Ausgangsspannungen der beiden Phasendetektoren um denselben Betrag größer (oder kleiner) werden.

Die Zeichnung zeigt ein Schaltbeispiel zur Ausübung des erfindungsgemäßen Verfahrens.

Hierin ist 1 das Fühlorgan, das übrigens im Falle von Druckmessungen mit einer Membran verbunden gegenüber der der Oszillatorspannung zweckmäßigerweise um 90° gedreht sein. In dem einen der beiden Ringmodulatoren wird sich dann eine Phasendifferenz von 90 +10° = 100° und in dem anderen eine solche von 90 — 10° =■ 80° ergeben. Dementsprechend werden (im statischen Fall) an den Ausgängen der Ringmodulatoren zwei verschieden große Gleichspannungen stehen, und wegen der Gegeneinanderschaltung wird von dem Instrument 21 nur ihre ίο Differenz angezeigt.

Bewegt sich das Fühlorgan in dem angenommenen Sinne weiter, so wird die größere der beiden Ausgangsspannungen weiter ansteigen und die kleinere

dienen hier zwei auf dem Fühlorgan angebrachte Kurzschlußscheiben 4 und 5. Selbstverständlich könnten an deren Stelle auch verschiebbare Eisenkerne weiter absinken. Das heißt, daß ihre Differenz

zu denken wäre. 2 und 3 sind die beiden zu ver- 15 doppelt so stark wächst, wie es der Verstimmung stimmenden Schwingkreise. Zu ihrer Verstimmung jedes einzelnen der beiden Schwingkreise entspräche.

Bewegt sich jedoch das Fühlorgan im gegenläufigen Sinne und über seine Mittellage hinaus, so wird die bisher absinkende Spannung wieder antreten. In der gezeichneten Mittellage des Fühl- 20 steigen und statt dessen die bisher ansteigende wieder organs 1 sind die Schwingkreise 2 und 3 auf die absinken, wodurch bei Überschreitung der Mittellage Frequenz des Oszillators 6 abgestimmt, an den sie ein Vorzeichenwechsel der Differenzspannung zuüber die beiden im Verhältnis zu den Schwingkreis- stände kommt.

kapazitäten sehr kleinen Kondensatoren 7 und 8 lose Aus dieser Wirkungsweise ist gleichzeitig zu erangekoppelt sind. Die sich an den Schwingkreisen 2 25 kennen, daß etwaige Auswanderungen der Oszillator- und 3 einstellenden Wechselspannungen werden über frequenz sich nicht auf die Anzeige auswirken die Amplitudenbegrenzer 9 bzw. 10 und die Über- können. Eine solche Auswanderung entspräche tragerll bzw. 12 den Ringmodulatoren 13 bzw. 14 nämlich einer gleichsinnigen Verstimmung beider zugeführt. 15 ist ein Phasenschieber, der die Phase Schwingkreise. Bei einer hierdurch verursachten einer von der Oszillatorspannung abgezweigten Teil- 30 Phasenauswanderung von beispielsweise + 5° in spannung um einen festen Winkelbetrag verdreht. beiden Schwingkreisen würde dann die Phasen-Seine Ausgangsspannung wird mittels des Über- differenz an dem einen Ringmodulator 90 +15° tragers 16 den beiden Ringmodulatoren 13 und 14 = 105° und in dem anderen Ringmodulator gleichfalls zugeführt. Die Ausgänge beider Ring- 90 — 10 + 5° = 85° betragen. Demzufolge würden modulatoren, nämlich die Mittelanzapfungen 17 und 35 die Ausgangsspannungen (lineare Kennlinien voraus-18 (Übertrager 11 und 16) sowie die Mittelanzpfun- gesetzt) je nach der Verstimmungsrichtung beide um gen 19 und 20 (Übertrager 12 und 16), sind zusammen mit dem Instrument 21 zu einer Spannungsdifferenzschaltung vereinigt. An Stelle der Ringmodulatoren kann man auch zwei als Phasen- 40
detektorröhren geschaltete Doppelsteuerröhren ver-

denselben Betrag größer (oder kleiner) werden, womit ihre Differenz also erhalten bleibt.

Claims

PATENTANSPRUCH:

wenden, die insofern noch besonders vorteilhaft sind, als sie auch amplitudenbegrenzend wirken.

Die Wirkungsweise der Schaltungsanordnung sei im folgenden erläutert:

Bei einer Auslenkung des Fühlorgans, beispielsweise (in der Zeichnung) nach unten, entfernt sich die Kurzschlußscheibe 4 von der Spule des Schwingkreises 2, während sich die Kurzschlußscheibe 5 der Spule des Schwingkreises 3 nähert. Infolgedessen wird der Schwingkreis 2 auf eine niedrigere, der Schwingkreis 3 dagegen auf eine höhere Frequenz abgestimmt. (Bei Verwendung von verschiebbaren Eisenkernen wäre die Richtung der Verstimmung umgekehrt.) Zwischen der Oszillatorspannung und der sich an jedem der beiden Schwingkreise einstellenden Wechselspannung wird dann — begünstigt durch die sehr lose Ankopplung der Schwingkreise an den Oszillator 6 — eine der Verstimmung entsprechende Phasenverschiebung auftreten.

Die beiden Schwingkreisspannungen, von denen die eine um +10° und die andere um —10° gegenüber der Oszillatorspannung phasenverschoben sein möge, werden nun je in einem der beiden Ringmodulatoren mit der Bezugsspannung phasenverglichen. Die Phase der Bezugsspannung möge Verfahren zur Umwandlung mechanischer Verschiebungen oder Schwingungen in elektrische Strom- oder Spannungswerte, bei dem durch ein den Verschiebungen oder Schwingungen ausgesetztes Fühlorgan mindestens einer von zwei Schwingkreisen verstimmt wird, die an einen mit konstanter Frequenz schwingenden Oszillator lose angekoppelt und auf dessen Frequenz wenigstens annähernd abgestimmt sind, und bei dem ferner aus den an den Schwingkreisen sich einstellenden Wechselspannungen Gleichspannungen abgeleitet werden und aus diesen die Differenz gebildet wird, dadurch gekennzeichnet, daß die an den Schwingkreisen (2, 3) sich einstellenden Wechselspannungen unter Amplitudenbegrenzung (9, 10) je in einem Phasendetektor (13 bzw. 14) mit der Oszillatorspannung oder einer von dieser phasenstarr abgeleiteten Spannung (Bezugsspannung) in der Phase verglichen werden und die Differenz aus den von beiden Phasendetektoren abgegebenen Gleichspannungen gebildet wird.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschrift Nr. 885 936; ETZ, 71. Jg., H. 5, März (1950), S. 115/116.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen