DE1180146B

DE1180146B - Vorrichtung zum Registrieren mindestens einer physikalischen Groesse auf einem band-foermigen Aufzeichnungstraeger

Info

Publication number: DE1180146B
Application number: DEN13700A
Authority: DE
Inventors: Leif Eric De Neergaard
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1957-05-24
Filing date: 1957-05-24
Publication date: 1964-10-22

Description

Vorrichtung zum Registrieren mindestens einer physikalischen Größe auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zum Registrieren mindestens einer physikalischen Meßgröße auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger mit einem die Phasenlage eines ersten sich zyklisch ändernden Signals gegenüber einem sich ebenfalls zyklisch ändernden Bezugssignal gleicher Frequenz in Abhängigkeit von der auszuzeichnenden physikalischen Größe ändernden Phasenschieber und mit Mitteln zum Aufzeichnen des Signals in Form einer durch Änderung eines Flusses erzeugten Schreibspur, deren transversale Verschiebungen gegenüber der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers der Phasenlage des Signals unmittelbar bzw. abzüglich einem in diesem etwa enthaltenen Vielfachen von 360" proportional sind.
Bei der bekannten Registriervorrichtung wird eine elektrische Zeitverzögerungsvorrichtung benutzt, die sich quer über den bandförmigen Aufzeichnungsträger erstreckt und mit einer großen Anzahl von Anzapfungen versehen ist, die zu unmittelbar über dem Aufzeichnungsträger angeordneten Spitzenelektroden führen, denen auf der anderen Seite dieses Aufzeichnungsträgers eine gemeinsame Elektrode gegenübersteht. Dieser Zeitverzögerungsvorrichtung werden nun entweder Impulse zugeführt, die aus dem ersten und dem zweiten Signal abgeleitet sind und eine deren relativer Phasenverschiebung bzw. der zu registrierenden physikalischen Größe proportionale Breite haben, oder die beiden impulsförmigen Signale selbst.
Durch Reflexions- und Überlagerungseffekte ergeben sich zu bestimmten Zeiten an bestimmten Anzapfungen der Zeitverzögerungsvorrichtung so hohe Spannungen gegenüber der erwähnten gemeinsamen Elektrode, daß elektrische Durchschläge durch den Aufzeichnungsträger hindurch erfolgen, wodurch die gewünschte Spur elektrographisch auf demselben erhalten wird.
Zusätzlich kann auch von dem Bezugsfrequenzsignal eine in der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungs trägers verlaufende Spur erzeugt werden.
Die bekannte Vorrichtung hat den Nachteil sehr kompliziert, teuer und schwer justierbar zu sein, so daß sie nur für Spezialuntersuchungen, z. B. von sehr rasch verlaufenden Vorgängen, in wohlausgerüsteten Laboratorien in Frage kommen kann. Für sehr genaue Registrierungen, die später z. B. zur Steuerung einer Werkzeugmaschine benutzt werden sollen, eignet sie sich nicht.
Die Erfindung schafft dagegen eine verhältnismäßig sehr einfache und robuste Registriervorrichtung, die sich insbesondere vorzüglich für die Aufnahme von sehr genauen Registrierungen der genannten Art eignet.
Diese Vorrichtung ist erfindungsgemäß gekennzeichnet durch mindestens eine über dem Registrierstreifen angeordnete, synchron mit der Bezugsfrequenz kontinuierlich umlaufende, den die Aufzeichnungen bewirkenden Fluß modulierende Vorrichtung und durch von dem Phasenschieber gesteuerte Mittel zum Beeinflussen der Modulation des Aufzeichnungsflusses.
Durch den synchron rotierenden Modulator wird, wie aus der Beschreibung der Ausführungsbeispiele hervorgehen wird, eine sehr hohe Genauigkeit der Registrierung gewährleistet. Um die Genauigkeit der Ablesung der Registrierung noch zu erhöhen, ist es besonders vorteilhaft, wenn durch den Modulator auch ein vom Bezugsfrequenzsignal gesteuerter Fluß moduliert wird und der Modulator so ausgelegt ist, daß beide Signale je in Form von einer Mehrzahl von parallelen Spuren aufgezeichnet werden.
Vorzugsweise erfolgt die Registrierung auf einem lichtempfindlichen oder auf einem magnetischen Registrierträger. Im ersten Fall besteht der Modulator zweckmäßig aus einer Scheibe mit einer lichtdurchlässigen und einer lichtundurchlässigen Spirale und steuert der Phasenschieber einen Zeitfestleger, der die Zeitpunkte festlegt, in denen eine stroboskopische Lampe durch die genannte Scheibe hindurch den lichtempfindlichen Registrierträger beleuchtet.
Im zweiten Fall besteht der Modulator zweckmäßig aus einem mit Außengewinde versehenen Zylinder aus magnetischem Material hoher Permeabilität, der als Verteiler für einen durch den magnetischen Registrierträger gehenden magnetischen Fluß dient, wobei der Phasenschieber einen auf diesen Registrierträger einwirkenden magnetischen Registrierkopf steuert.
Es sei hervorgehoben, daß die nachfolgend beschriebenen Registriervorrichtungen gestatten, auf einem Signalregistrierträger Registrierungen in einem sehr großen Bereich von Registriergeschwindigkeiten aufzuzeichnen. So kann beispielsweise ein magnetisiertes Band registriert werden, während es an den Registriermitteln mit einer Geschwindigkeit von 1 cm pro Sekunde oder nach dem Wunsche des Benutzers vorbei gezogen wird oder mit einer Geschwindigkeit von 0,1 m pro Sekunde, wenn gewünscht.
Darüber hinaus kann das Band unter gewissen Bedingungen durch den Benutzer während eines Registrierzyklus angehalten werden ohne Verlust an aufgezeichneter Signal stärke.
Durch Benutzung der vorliegenden Erfindung können Signalregistrierträger auf solche Weise mit Registrierungen versehen werden, daß während eines Wiedergabezyklus der Registrierträger in einem sehr großen Geschwindigkeitsbereich an dem Wiedergabekopf verschoben werden kann ohne jegliche Veränderung in der Stärke des wiedergegebenen Signals. Der Signalregistrierträger kann sogar zeitweise ruhen ohne jegliche Abnahme des wiedergegebenen Signals.
In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des in den Patentansprüchen gekennzeichneten Erfindungsgegenstandes dargestellt: F i g. list eine schematische Darstellung einer Ausführungsform der Erfindung, bei welcher ein Lichtfluß zum Registrieren verwendet wird; F i g. 2 zeigt einen Lichtflußunterbrecher, der in der Vorrichtung nach F i g. 1 verwendet ist; F i g. 3 ist ein Teil des in F i g. 2 gezeigten Lichtflußunterbrechers, ein Teil eines photographischen Filmes, der als Signalregistrierträger dient, und eine Blendenplatte, die zur Kontrolle des auf festgelegte Zonen des Filmes fallenden Lichtflusses dient; F i g. 4 stellt schematisch eine andere Ausführungs form der Erfindung dar, welche einen magnetischen Fluß zur Registrierung verwendet; F i g. 5 zeigt eine Gesamtansicht von Registrierelementen für die in F i g. 4 gezeigte Vorrichtung; F i g. 6 ist eine Seitenansicht der zwei in F i g. 5 gezeigten Elemente; F i g. 7 ist eine Draufsicht auf einen Abschnitt eines magnetisierten Bandes, das als Signalaufzeichnungsträger benutzt wird, und auf drehbare Glieder, die in der Vorrichtung nach F i g. 4 benutzt werden; F i g. 8 ist eine Darstellung von einem Paar von magnetischen Elementen, die in der Vorrichtung nach F i g. 4 benutzt werden; und F i g. 9 zeigt ein Element, das im magnetischen Kreis mit den Elementen nach F i g. 8 verwendet wird.
Beschreibung eines einen Lichtfluß benutzenden Registriergerätes F i g. 1 zeigt schematisch eine Registriervorrichtung, bei welcher ein Lichtfluß zur Registrierung verwendet wird. Eine dünne, kreisförmige Scheibe 1, die zur Unterbrechung des Lichtflusses dient, besteht aus Glas oder anderem durchsichtigem, optisch klarem Material und ist zentrisch auf dem Ende der Rotorwelle 2 eines zweipoligen Synchronmotors 3 montiert.
Die Wicklungen dieses Motors werden mit Wechselstrom von einer mit R bezeichneten Quelle erregt, die in F i g. 1 rechts unten dargestellt ist. Für die folgende Beschreibung soll beispielsweise angenommen werden, daß die Wechselstromquelle R eine Spannung von 220 Volt bei 50 Hertz liefert. wie bei üblichen Stromverteilungsnetzen, doch dies ist keineswegs notwendig.
Ein Signal mit dieser 50-Hertz-Frequenz wird im folgenden als Zeitbezugssignal bezeichnet, da diese Frequenz als eine Zeitachse benutzt wird, mit welcher Phasenverschiebungen eines variablen Signals, das später beschrieben werden soll, gemessen werden.
Die Wicklungen des zweipoligen Synchronmotors 3 werden während des ganzen Registriervorganges immer mit dem Wechselstrom von 50 Hertz und 220 Volt der Quelle R erregt. Da die dünne durchsichtige Scheibe auf der Rotorwelle 2 des Motors zentrisch fest montiert ist und da letzterer zwei Pole hat, so wird die Scheibe mit einer Geschwindigkeit von 50 Umdrehungen pro Sekunde in genauem Synchronismus mit der Frequenz des dem Motor zugeführten Stromes gedreht.
F i g. 2 zeigt schematisch eine einzelne archimedische Spirale mit mehreren Windungen. Die Spirale ist lichtundurchlässig und auf der unteren Oberfläche der Scheibe 1 auf photographischem oder anderem bekanntem Wege aufgebracht.
F i g. 3 zeigt ein Bruchstück der Scheibe 1 mit dieser Spirale in größerem Maßstab. Es soll angenommen werden, daß die Ganghöhe und die Breite der Spiralwindungen 2 bzw. 1 mm betragen. Infolgedessen wird die Breite der Windungen der durchsichtigen Spirale 7, welche die Windungen der lichtundurchlässigen Spirale 5 voneinander trennen, ebenfalls 1 mm betragen.
Eine Blende 8, die vorzugsweise aus dünnem Stahl besteht, ist über der Scheibe 1 und über einem Film 9 in einer Stellung gehalten, die in F i g. 1 und 3 gezeigt ist. Ein kleiner Abstand ist zwischen der Blende 8 und der Scheibe 1 vorhanden. Zwei identische Belichtungsschlitze 10 und 11, jeder z. B. 1 mm breit und 6 mm lang, sind in der Blende 8 vorgesehen.
Ein Bruchstück des Filmes 9 ist in F i g. 3 gezeigt.
Bei vielen Anwendungen der Erfindung kann es sich um einen üblichen Kinofilm von 16 oder 35 mm Breite handeln. Dieser Film ist der Registrierträger der Vorrichtung. Der Film wird während der Registrierung durch irgendwelche bekannte, nicht dargestellte Mittel abwärts gezogen in Richtung des in F i g. 3 gezeigten Pfeiles, so daß er an den Belichtungsschlitzen 10 und 11 vorbeikommt, welche die Registrierstellen der Vorrichtung sind. Ein kleiner, in F i g. 1 sichtbarer Abstand wird zwischen der Scheibe 1 und der oberen, lichtempfindlichen Oberfläche des Filmes 9 eingehalten.
Die Schlitze 10 und 11 werden gleichförmig be leuchtet durch stroboskopische Lampen 12 bzw. 13.
Lampen dieser Art werden oft benutzt, um periodische Lichtblitze auf vollständig kontrollierte Weise zu erzeugen. Die Dauer eines jeden Lichtblitzes beträgt wenige Mikrosekunden. Der Zeitpunkt jedes Lichtblitzes kann leicht kontrolliert werden durch eine geeignete elektronische Schaltung, die z. B. mit einem zeitbestimmenden Signal von 50 Hertz so erregt wird, daß die Lampe jedesmal dann einen Lichtblitz aussendet, wenn die Welle des zeitgebenden Signals eine neutrale Achse so kreuzt, daß die Spannung des Signals von einem negativen auf einen positiven Wert übergeht. Dieser auf der neutralen Achse des zeitbestimmenden Signals gemessene Punkt wird im folgenden als der Aufblitzpunkt bezeichnet. Unter diesen Umständen wird eine solche Lampe also fünfzig zeitlich genau festgelegte Lichtimpulse pro Sekunde abgeben. Ein Lampentyp, der für diesen Zweck in der Vorrichtung nach F i g. 1 benutzt werden kann, ist z. B. unter der Handelsbezeichnung »Typ S 413 Strobotron« erhältlich, der durch die Sylvania Electric Company, 1740 Broadway, New York, USA., geliefert wird.
Die Zeitfestlegung der Lichtemission durch die Lampe 12 wird durch einen elektronischen Zeitfestleger 14 über elektrische Leitungen 15 und 16 kontrolliert. Ein zeitfestlegendes Signal, das aus einem Signal der Bezugsfrequenz besteht, wird diesem Zeitfestleger durch Leitungen 17 und 18 von der Quelle R zugeführt.
Ein elektromechanischer Phasenschieber 22 ist in F i g. 1 schematisch dargestellt. Dieser Phasenschieber kann eine Gruppe von nicht dargestellten Statorwicklungen aufweisen und eine zentral angeordnete, verdrehbare Spule, die ebenfalls nicht dargestellt ist.
Diese Spule erzeugt eine pulsierende EMK in ihren Windungen, wenn die Statorwicklungen mit einem entsprechenden, mehrphasigen Wechselstrom von einer entsprechenden Wechselstromquelle aus erregt werden. Die drehbare Spule ist auf einer Welle 26 montiert, die in Lagern von niedriger Reibung gelagert ist. Ein Paar von Schleifringen und von Bürsten (nicht dargestellt) dient zur Abnahme des Signals von der drehbaren Spule. Obwohl dies nicht gezeigt ist, wird es verständlich sein, daß eine Quelle von entsprechendem mehrphasigem Wechselstrom in der in F i g. 1 illustrierten Vorrichtung vorgesehen ist,deren Frequenz zu jeder Zeit genau mit derjenigen des 50-Hertz-Bezugssignals von der QuelleR übereinstimmt Die Frequenz des von der pulsierenden EMK erzeugten Ausgangssignals des Phasenschiebers 22, welches im folgenden als das variable Signal bezeichnet wird, hat infolgedessen eine Frequenz von genau 50 Hertz, wenn die drehbare Spule ruht. Die elektrische Wirkungsweise des Phasenschiebers 22 ist so, daß sein variables Ausgangssignal zum Bezugssignal in der Phase um einen Betrag verschoben wird, der in jedem Augenblick nach Größe und Richtung (voreilend oder nacheilend bzw. + oder ) genau proportional ist zu der Größe der Verdrehung bzw. der Drehrichtung der drehbaren Spule. Ein Handrad 25 sitzt fest auf der Welle 26. Durch Drehen dieses Handrades kann die Phase des variablen Signals in vorausbestimmter Weise verschoben werden. So kann eine Verdrehung dieses Handrades um z. B. 30 geometrische Grade in einer entsprechenden Richtung eine Phasenverschiebung um genau 30 elektrische Grade im voreilenden Sinne (+) gegenüber dem Bezugs signal zur Folge haben, während eine gleiche Verdrehung des Handrades in der entgegengesetzten Richtung eine Phasenverschiebung von 30 elektrischen Graden im nacheilenden Sinne (-) zur Folge haben wird.
Das variable Signal vom Phasenschieber wird durch Leiter 23 und 24 einem elektronischen Zeitfestleger 19 zugeführt, welcher dem Zeitfestleger 14 gleich sein kann. Das Ausgangssignal des Zeitfestlegers 19 wird durch elektrische Leiter 20-21 einer stroboskopischen Lampe 13 zugeführt, welche der Lampe 12 gleich sein kann. Der Aufblitzpunkt der Lampe 13 kann somit in genauer Übereinstimmung mit jeder Phasenverschiebung, die dem variablen Signal durch Verdrehung des Handrades 25 des Phasenschiebers 22 erteilt wird, verändert werden.
Wirkungsweise des einen Lichtfluß benutzenden Registriergerätes Die elektrischen Wicklungen des Motors 3, der elektronische Zeitfestleger 14 und die Statorwicklungen des Phasenschiebers 22 werden mit elektrischen Strömen erregt, deren Frequenzen und Phasen zu allen Zeiten in einer festen Beziehung zueinander stehen.
Wenn die Scheibe 1 beobachtet wird, wenn sie von der Lampe 12 beleuchtet wird, so scheint sie dauernd stillzustehen, obwohl sie in Wirklichkeit 50 Umdrehungen pro Sekunde ausführt. Dies ist eine Folge der stroboskopischen Wirkung der periodischen Lichtimpulse, die von der Lampe in genauem Synchronismus mit der Drehung der Scheibe ausgesendet werden.
Durch diese stroboskopische Wirkung wird im Bereiche des Belichtungsschlitzes 10 ein Muster erzeugt, das aus alternierenden undurchsichtigen und durchsichtigen Abschnitten der Spiralen 5 und 7 besteht. Dieses Muster ist zu jeder Zeit statisch, da die Zeitfestlegung der von der Lampe 12 ausgesendeten Lichtblitze mit der Drehung der Scheibe 1 synchron ist. Auf diese Weise wird eine Reihe von parallelen, belichteten Spuren 7a photographisch längs des Kanals R' (F i g. 3) aufgezeichnet. Dieser Kanal wird in der Folge als Bczagskanal bezeichnet. Der Teilungsabstand der unbelichteten Spuren 5a ist gleich der Ganghöhe der undurchchtigen Windungen der Spirale 5, und ihre Breite ist gleich der Breite dieser undurchsichtigen Windungen. Die längs des Bezugskanals aufgezeichneten Spuren sind, wie gezeigt, im wesentlichen zu den Kanten des Films 9 parallel.
Der oben in F i g. 2 sichtbare Pfeil soll die tatsächliche Richtung angeben, in welcher die Scheibe 1 durch den Motor 3 mit einer Geschwindigkeit von 50 Touren pro Sekunde angetrieben wird, während der horizontale Pfeil die Richtung angibt, in welcher die Windungen tatsächlich längs der Schlitze 10 und 11 mit einer Geschwindigkeit von 50 Teilungsabständen pro Sekunde verschoben werden. In jedem der nachfolgenden Beispiele der Wirkungsweise der Registriervorrichtung wird angenommen, daß jede Phasenverschiebung des variablen Signals im voreilenden Sinne(+) zur Folge hat, daß das im Schlitz 11 erscheinende Muster um einen dieser Verschiebung proportionalen Betrag längs des Schlitzes von rechts nach links verschoben wird, während jede Phasenverschiebung des variablen Signals im nacheilenden Sinne (-) eine Verschiebung des Musters in der entgegengesetzten Richtung, also von links nach rechts verursacht. Ein Muster, das dem im Belichtungsschlitz 10 erscheinenden Muster gleich ist, erscheint im Schlitz 11 jedesmal, wenn die Lampe 13 einen stroboskopischen Lichtimpuls aussendet. Die Augenblicke, in welchen die Lampe 13 aufblitzt, können jedoch genau proportional mit jeder Phasenverschiebung verändert werden, die dem variablen Signal durch geeignete Drehung der Welle 26 des Phasenschiebers 22 erteilt wird. So entspricht jeder Phasenverschiebung des variablen Signals eine derselben proportionale Verschiebung des Musters im Schlitz 11 in einer Richtung parallel zur Länge des Schlitzes bzw. transversal zur Längsachse des Filmes 9.
Solange die Phase des variablen Signals fest ist, wird eine Reihe von unbelichteten und belichteten Spuren 5b und 7b längs des Kanals V aufgezeichnet (der in der Folge als variabler Kanal bezeichnet wird), welche Spuren genau parallel sind zu den längs des Bezugskanals R' aufgezeichneten Spuren. Wenn durch Drehung der Welle 26 um 90° in einer Richtung die Phase des variablen Signals um 90 elektrische Grade im nacheilenden Sinne () verschoben wird, wird das Muster sich längs des Schlitzes 11 von links nach rechts 90 verschieben um einen Betrag von 360 = 0,25 Teilungsabstand von bzw. 0,25 2 mm = 0,5 mm. Umgekehrt wird bei einer Phasenverschiebung von 90 elektrischen Graden im voreilenden Sinne (+) das Muster um einen Betrag von 0,5 mm von rechts nach links längs des Schlitzes 11 verschoben.
Eine Phasenverschiebung von 90 elektrischen Graden des variablen Signals im nacheilenden Sinne (-) verursacht somit eine Verschiebung der belichteten Spuren 7b auf die Spuren des Bezugskanals R' hin um einen Betrag von 0,5 mm, während eine gleiche Phasenverschiebung, aber im voreilenden Sinne (+), eine Verschiebung um denselben Betrag, aber vom Bezugskanal weg verursacht. Wenn dem variablen Signal keine weitere Phasenverschiebung erteilt wird, werden die nacheinander belichteten Zonen Spuren 7b bilden, die zu den Spuren des Bezugskanals R' genau parallel sind.
Wie oben gezeigt und erläutert, können somit die Spuren gleichzeitig mit dem photographischen Aufzeichnen längs des variablen Kanals V verschoben werden um Beträge und Richtungen (transversal zur Längsachse des Kanals gemessen), die proportional zur Größe und zum Vorzeichen (+ oder jeder dem variablen Signal erteilten Phasenverschiebung sind.
Da die Frequenz eines zyklisch variierenden Signals der Geschwindigkeit der Phasenänderung entspricht, werden Änderungen des variablen Signals über oder unter die 50-Hertz-Frequenz zur Folge haben, daß die belichteten Spuren im Augenblick ihrer photographischen Aufnahme in bezug auf die Längsachse des Kanals V eine Neigung haben, welche der Größe der Frequenz in jedem Moment proportional ist.
Wenn z. B. die normale 50-Hertz-Frequenz des variablen Signals auf 52 Hertz vergrößert wird (durch gleichmäßige Drehung der Welle des Phasenschiebers22 mit einer Geschwindigkeit von 2 Touren pro Sekunde in einer Richtung), wird die Lampe 13 52 zeitlich genau festgelegte Impulse pro Sekunde aussenden.
Die stroboskopische Beleuchtung der Fläche des Schlitzes 11 wird das in dem Schlitz erscheinende Muster von rechts nach links längs des Schlitzes verschieben, mit einer Geschwindigkeit von zwei Teilungsabständen pro Sekunde bzw. von 2 2 = 4 mm/Sek. Es wird beispielsweise angenommen, daß der Film 9 zugleich unter dem Schlitz 11 mit einer Geschwindigkeit von 40 mm/Sek. verschoben wird. Dann werden festgelegte Zonen auf 40 mm Filmlänge sukzessive zweiundfünfzig Lichtimpulsen von Lampe 13 ausgesetzt sein. Während dieser Zeit wird jedoch das Muster um zwei Teilungsabstände oder genau 4 mm verschoben werden, so daß jede belichtete Zone des Filmes unter dem Schlitz 11 sukzessive von rechts nach links längs des Belichtungs-4 schlitzes um einen Betrag von 52 verschoben wird, wobei 4 die Größe der transversalen Verschiebung des Musters, ausgedrückt in Millimeter, und 52 die Zahl der Lichtimpulse der Lampe 13 pro Sekunde ist.
Aus obiger Beschreibung geht hervor, daß jegliche Phase oder Frequenz eines variablen Signals in bezug auf ein Bezugssignal durch Verschiebung bzw. die Neigung von Spuren dargestellt werden kann, wenn dieselben photographisch so registriert werden, daß ihre Größe und Verschiebungsrichtung, transversal zur Bewegungsrichtung des Registrierträgers (z. B. ein Film) die Größe und Richtung der Phase in jedem Augenblick darstellt.
Es ist hervorzuheben, daß schon allein Änderungen der Phasenbeziehungen zwischen variablem Signal und Bezugssignal transversale Verschiebungen der Spuren um proportionale Beträge verursachen. Es ist ersichtlich, daß es bei der gerade beschriebenen Registriervorrichtung durch die nach der Erfindung benutzte Technik möglich ist, die Größe von Phasen-und Frequenzdifferenzen zwischen einem variablen Signal und einem Bezugssignal zu registrieren, ohne die Notwendigkeit, tatsächliche Frequenzen längs der Länge des Registrierträgers, z. B. einen Abschnitt eines photographischen Filmes, auf demselben zu registrieren. Durch die vollständige Eliminierung der Notwendigkeit, Frequenzen an sich längs der Länge des Signalregistrierträgers auf demselben zu registrieren, ist es möglich, eine sehr große Informationsmenge auf einen kurzen Filmabschnitt oder einer anderen Form von Signalregistrierträger zu komprimieren.
Es ist ersichtlich, daß photographische Entwicklungsgeräte benutzt werden müssen, um den belichteten Film zu behandeln und zu trocknen. Der Einfachheit halber sind keine optischen Systeme, lichtdichte Kammern, Filmantriebe oder elektronische Schaltungen in den F i g. 1 bis 3 dargestellt worden.
Beschreibung eines einen magnetischen Fluß benutzenden Registriergerätes F i g. 4 bis 9 illustrieren eine Registriervorrichtung, mit welcher Informationen, die durch Änderungen in der Phase von einem oder mehreren Signalen dargestellt werden, auf einem einzigen Registrierträger, wie z. B. einem magnetisierbaren Band, registriert werden können.
F i g. 4 ist eine schematische Darstellung eines vollständigen Registriergerätes der Magnetspurtechnik.
Ein zweipoliger Synchronmotor 30 wird beispielsweise mit Wechselstrom von 50 Hertz und 220 Volt von einer Quelle R erregt. Die Frequenz dieses Signals ist, wie nachfolgend erläutert wird, die Bezugsfrequenz. Daher wird das Signal mit dieser 50-Hertz-Frequenz als das Bezugssignal bezeichnet werden. Wie in Fig.4 dargestellt, ist die Rotorwelle 31 dieses Motors nach links verlängert. Drei gleich weit voneinander entfernte Flußverteiler 32, 33 und 34 sind auf der Wellenverlängerung fest montiert.
Direkt unter den Flußverteilern 32, 33 und 34 befinden sich drei identische Registrierkopfgehäuse 37, 38 und 39. Der Registrierkopf im Gehäuse 39 wird während der Registrierung dauernd mit einem Bezugssignal aus der Quelle R gespeist. Der magnetische Registrierkopf im Gehäuse 37 wird vom Phasenschieber 43 über die Leiter 47 und 48 erregt, während der Registrierkopf im Gehäuse 38 erregt wird durch das Ausgangssignal eines Phasenschiebers 42, das ihm durch Leiter 45 und 46 zugeführt wird. Für die Zwecke der Beschreibung wird angenommen, daß die Konstruktion und die allgemeine elektrische Wirkungsweise dieser beiden Phasenschieber gleich derjenigen des Phasenschiebers 22 (F i g. 1) ist, der beim photographischen Registriergerät benutzt wird.
Die Statorwicklungen (nicht dargestellt) der Phasenschieber 42 und 43 werden während der Registrierung mit mehrphasigem Wechselstrom von einem Mehrphasengenerator 44 oder einer anderen Quelle gespeist.
Der Generator 44 wird durch einen Wechselstrom von 50 Hertz von der Quelle R angetrieben. Es ist zu verstehen, daß die Frequenz der mehrphasigen Erregung der Statoren der Phasenschieber in jedem Moment dieselbe ist wie diejenige des Bezugssignals.
Ein rundes Handrad 52 ist fest auf der Welle 51 des Phasenschiebers 42 montiert. Ein zweites ähnliches Handrad (nicht dargestellt) ist auf der Welle 53 des Phasenschiebers 43 montiert.
F i g. 5 ist eine Gesamtansicht des im Gehäuse 39 montierten magnetischen Registrierkopfes und des magnetisch mit demselben zusammenarbeitenden Flußverteilers 34. Fig.6 ist eine Seitenansicht dieses Verteilers und des in F i g. 5 gezeigten Registrierkopfes. Das Gehäuse 39 besteht aus nichtmagnetischem Material, wie Messing oder Aluminium.
Eine zur Achse der Welle 31 parallele Bohrung ist durch dasselbe vorgesehen. Ein aus F i g. 5 ersichtlicher Schlitz geht durch den oberen Teil des Gehäuses 39 parallel zur Bohrung.
Eine magnetische Vorrichtung ist in das Gehäuse eingepreßt. Die magnetische Vorrichtung weist lamellierte Elemente 57, 58, 59 und 60 sowie ein vertikales Registrierelement 61 auf, das aus dünnem Siliziumstahl oder ähnlichem Material besteht, das in hochgradig magnetischen Vorrichtungen, wie z. B. Transformatoren usw., benutzt wird. F i g. 8 ist eine perspektivische Ansicht der Elemente 57 und 59. Die Elemente 58 und 60 sind so gebogen, daß sie auf die Innenseite der Elemente 57 und 59 passen, wie in F i g. 5 dargestellt ist. F i g. 9 ist eine perspektivische Darstellung des Registrierelementes 61. Der obere Rand 61 a dieses Registrierelementes hat dieselbe Länge wie die nach oben gebogenen Ränder 57a und 59a der Elemente 57 und 59 und die ähnlichen Ränder der Elemente 58 und 60. Der untere horizontale Abschnitt 61b des Registrierelementes ist zwischen die zwei unteren, vertikalen Schenkel 57b und 59b der Elemente 57 und 59 gepreßt, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Ein Band 40 wird quer über den oberen Teil des Gehäuses gezogen, in Kontakt mit dem oberen, horizontalen Rand 61 a des Registrierelementes 61 und mit den oberen Rändern der lamellierten Elemente 57, 58, 59 und 60, wie in F i g. 5 dargestellt ist. Dieser obere, horizontale Rand wird nachfolgend als Registrierlippe bezeichnet. Eine Registrierspule 56 (F i g. 5 und 6), die aus vielen Drahtwindungen besteht, ist um den vertikalen Schenkel des Registrierelementes 61 gewickelt und wird mit dem 50-Hertz-Bezugssignal von der Quelle R über elektrische Leitungen 41 und 41 a gespeist. Ein mit 50 Hertz pulsierendes Magnetfeld wird so in dem Körper des Registrierelementes erzeugt.
Der Flußverteiler 34 (F i g. 5 und 6) besteht aus einem mit Außengewinde versehenen Zylinder, der z. B. aus den unter den Markenbezeichnungen »Mümetall« oder »Permalloy« bekannten Materialien oder ähnlichen Materialien von hoher Permeabilität bestehen kann. Für die Zwecke der Beschreibung wird angenommen, daß die Ganghöhe P und die Gratbreite C des Gewindes 1 bzw. 0,4mm betragen.
Die Flußverteiler 32 und 33 sind dem Flußverteiler 34 gleich. Die drei Flußverteiler sind koaxial auf der Welle 31 des Motors 30 fest montiert und vonein- ander distanziert, wie in den F i g. 4 und 7 dargestellt ist.
F i g. 5 läßt erkennen, daß eine vertikale Ebene, die durch die Rotationsachse des Verteilers 34 geht, auch durch das vertikale Registrierelement 61 geht.
Diejenigen Abschnitte der Verteiler-Gewindegänge, die unmittelbar über der Registrierlippe liegen, werden kontinuierlich und gleichmäßig verschoben mit einer Geschwindigkeit von 50 Ganghöhen pro Sekunde in einer Richtung parallel zur Länge der Registrierlippe.
Ein Signalregistrierträger, welcher für die Zwecke der Beschreibung als ein Band 40 angenommen wird, wird während der Registrierung abwärts gezogen, wie in F i g. 7 durch einen Pfeil angedeutet ist. Dieses Band kann aus irgendwelchem Material bestehen, das in den hochgradig magnetischen Registriersystemen benutzt wird, so wie gewisse Typen von rostfreiem Stahl, mit Eisenoxyd überzogene Kunststoffbänder usw. Obwohl dies nicht illustriert ist, können viele Typen von Bandaufbewahrungs- und Bandantriebssystemen benutzt werden, um das Band während der Registrierung mit vorbestimmten Geschwindigkeiten an der Registrierlippe des Registrierkopfes vorbeizuführen.
Aus F i g. 4, 5 und 6 ist ersichtlich, daß ein Spalt zwischen den Flußverteilern 32, 33 und 34 und den Registrierkopfgehäusen 37, 38 und 39 vorgesehen ist.
Das Band 40 wird durch diesen Spalt geführt, dessen Breite, die sehr klein bemessen ist, zeitlich konstant gehalten wird. Diejenigen Abschnitte der Gewindegänge, die sich unmittelbar über der magnetischen Vorrichtung (mit den lamellierten Elementen 57, 58, 59 und 60 sowie mit dem Registrierelement 61) befinden, dienen zum Schließen der magnetischen Kreise dieser Vorrichtung. F i g. 5 läßt erkennen, daß zwei gleiche Spalte vorgesehen sind zwischen den vertikal aufwärts gebogenen Abschnitten der lamellierten Elemente und dem zentral angeordneten Registrierelement 61. Diese Figur zeigt auch zwei gleiche Spalte zwischen den oberen Enden der lamellierten Elemente und den Graten der Gewindegänge des Flußverteilers. Obwohl dies aus der Zeichnung nicht deutlich hervorgeht, sollte die Breite der zuerst erwähnten Spalte größer sein als diejenige der Spalte zwischen den Graten der Gewindegänge und den Enden der lamellierten Elemente.
Von der Registrierlippe 61 a geht ein magnetischer Fluß aufwärts durch den Körper des Bandes 40 zu den Gewindegängen, welche den Fluß zu den Spalten zwischen dem Flußverteiler und den Enden der lamellierten Elemente führen. Der magnetische Fluß überquert diese Luftspalte und kehrt durch die lamellierten Elemente zu dem Registrierelement 61 zurück.
Bei vollständiger Entfernung des Flußverteilers 34 würde der magnetische Fluß längs der Registrierlippe 61 a gleichmäßig verteilt aus deren schmaler, horizontaler Oberfläche austreten. Statt dessen ist nun in Wirklichkeit der Fluß stark konzentriert an denjenigen Stellen der Registrierlippe, welche in einem gegebenen Moment unmittelbar unter den Graten C der Gewindegänge liegen. Da die Ganghöhe P der Gewindegänge gleich 1 mm ist, wird in jedem Moment der Teilungsabstand dieser Punkte von starker Flußkonzentration längs des Registrierelementes auch 1 mm betragen. Die voneinander entfernten Punkte von starker Flußkonzentration werden offensichtlich gleichmäßig und kontinuierlich längs der Registrierlippe verschoben, und zwar mit einer Geschwindigkeit von 50 Teilungsabständen pro Sekunde in der Richtung von links nach rechts, wie in F i g. 9 durch den Pfeil angegeben ist.
Da der Motor 30 und die Registrierspule 56 (F i g. 4, 5 und 6) mit 50-Hertz-Bezugssignalen von der Quelle R gespeist werden, wird sich das pulsierende Magnetfeld in der magnetischen Vorrichtung im wesentlichen sinusförmig verändern in genauem Synchronismus mit der Rotation des Flußverteilers 34. Während jeder Grat des Gewindes sich genau um eine Ganghöhe bzw. 1 mm transversal zur Längsachse des Bandes 40 verschiebt, wird somit der von der Registrierlippe durch das Band zu den Gewindegraten gehende Fluß von einer maximalen positiven Polarität zu einer maximalen negativen Polarität und zurück zu einer maximalen positiven Polarität variieren. Dieser durch den Körper des Bandes gehende Fluß verursacht beim Registrieren infolge der Vorwärtsbewegung des Bandes das magnetische Aufschreiben von Spuren in einem Kanal R', der sich längs der rechten Seite des in F i g. 7 dargestellten Bandes 40 erstreckt. Es wird bemerkt werden, daß die Spuren 62a (die in der Figur durch dicke, schwarze Linien dargestellt sind) durch Spuren 62b getrennt sind und daß diese Spuren genau zueinander parallel sind. Diese Spuren sind auch im wesentlichen parallel zu den Rändern des Bandes. Die Zonen der Spuren 62a können beispielsweise als von positiver Polarität betrachtet werden, während die dazwischen liegenden Spuren 62h von entgegengesetzter, d. h. negativer Polarität sind.
Der Teilungsabstand aufeinanderfolgender Spuren 62a ist genau gleich der Ganghöhe des Gewindes bzw. genau 1 mm. Offensichtlich ist der Teilungsabstand der Spuren 62b derselbe. Daher ist die Breite der Spuren 0,50. Es wird verstanden werden, daß die Größe und die Polarität des Streuflusses von diesen Spuren sinusförmig variiert, wenn man ihn an den Punkten einer transversal zur Längsachse des Bandes 40 gezogenen Linie mißt.
Eine Reihe von magnetischen Spuren 42a und 42b werden längs eines Kanals S erzeugt, während Spuren 43 a und 43b magnetisch im Kanal T registriert werden, wie in F i g. 7 dargestellt ist. Die längs des Kanals S aufgezeichneten Spuren ergeben sich aus der Zusammenarbeit eines Flußverteilers 32 und eines im Gehäuse 37 montierten Registrierkopfes, während Kanal T magnetisiert wird mit Spuren, die sich aus der Zusammenarbeit des Flußverteilers 33 und eines im Gehäuse 38 montierten Registrierkopfes ergeben.
Die Flußverteiler 32 und 33 sind dem Flußverteiler 34 gleich. Die in den Gehäusen 37 und 38 montierten Registrierköpfe können ebenfalls in jeder Hinsicht genau dem in dem Gehäuse 39 montierten Registrierkopf gleich sein, der ausführlich beschrieben und in den F i g. 5, 6, 8 und 9 dargestellt ist. Die Wirkungsweise all dieser Registrierköpfe ist auch die gleiche, abgesehen davon, daß der Registrierkopf im Gehäuse 39 mit einem Registriersignal gespeist wird, dessen Phase dauernd Null ist in bezug auf das Bezugssignal von der Quelle R, während die Phasen der Registriersignale, die den zwei anderen Registrierköpfen in den Gehäusen 37 und 38 zugeführt werden durch Betätigung der Phasenschieber 43 bzw. 42 verschoben werden können.
Wenn die Phase des Registriersignals, das vom Phasenschieber 42 durch die Leitungen 45 und 46 dem Registrierkopf im Gehäuse 38 zugeführt wird, eine feste Phase in bezug auf das Bezugssignal ist, dann wird längs des Kanals T eine Reihe von Spuren aufgezeichnet, welche genau parallel sind zu den Spuren 62 a und 62b, die sich längs des Kanals R erstrecken. Dieser letztere Kanal soll in der Folge als Bezugskanal bezeichnet werden. Die Spuren des Kanals T werden so lange in diesem Zustande genauen Parallelismus mit den Spuren des Bezugskanals R bleiben, wie die Phasenbeziehung ungestört bleibt.
Die Spuren 43a und 43b werden in einer zur Achse des Bezugskanals R' transversalen Richtung um 0,5 P bzw. 0,5 mm verschoben infolge einer Phasenverschiebung von 180 elektrischen Graden des Registriersignals, wie im Kanal T (F i g. 7) dargestellt ist.
Wenn die Phase des Registriersignals plötzlich zur ursprünglichen Beziehung zurückkehrt, kehren die Spuren dieses Kanals in ihre ursprüngliche Lage in bezug auf die Spuren 62a und 62b zurück, wie deutlich in F i g. 7 erkennbar ist.
Wenn die Phase des Registriersignals im voreilenden Sinne (+) in bezug auf das Bezugssignal verschoben wird (durch entsprechende Drehung der Welle 51 des Phasenschiebers 42), z. B. um 36, 90, 126 und 360°, so werden die Spuren 43a und 43b transversal zur Achse des Kanals T entsprechend verschoben um Beträge von 36 90 126 360 = 0,1 mm; 360 = 0,25 mm; 360 = 0,35 mm und 360 360 Umgekehrt wird eine Phasenverschiebung des Registriersignals im nacheilenden Sinne um die gleiche Anzahl von elektrischen Graden verursachen, daß die im Kanal T aufgezeichneten Spuren in der entgegengesetzten Richtung verschoben werden um Beträge von ebenfalls 0,1, 0,25, 0,35 und 1 mm.
Wirkungsweise des einen magnetischen Fluß benutzenden Registriergerätes Da es - wie oben gezeigt wurde - möglich ist, den magnetisierten Spuren bei ihrer Registrierung transversale Verschiebungen zu erteilen um diskrete Beträge und in Richtungen (transversal zur Längsachse des als Registrierträger dienenden Bandes gemessen), die in jedem Moment proportional zur Phasenverschiebung des variablen Signals sind, ist es ersichtlich, daß magnetisierte Spuren der Größe der Frequenz eines Bezugssignals, das auf einem magnetischen Registrierträger registriert wird, proportionale Neigungen haben werden.
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Geschwindigkeit des Bandvorschubes 25 mm pro Sekunde beträgt und daß die Frequenz des variablen Signals, das dem im Gehäuse 38 befindlichen Registrierkopf zugeführt wird, eine Zeit lang genau auf 48 Hertz reduziert wird durch gleichmäßige Drehung der Welle 51 des Phasenschiebers 42 mit einer Winkelgeschwindigkeit von 2 Touren pro Sekunde in einer entsprechenden Richtung. Dies erzeugt eine Frequenz von 48 Hertz, d. h. 2 Hertz weniger als die Basisfrequenz 50. (50 Hertz ist die Frequenz des Bezugssignals.) Der Flußverteiler 33 wird, wie gesagt, in Synchronismus mit dem 50-Hertz-Bezugssignal rotieren bzw. mit einer Geschwindigkeit von 50 Touren pro Sekunde, während die Frequenz des sinusförmig variierenden magnetischen Flusses, der durch die Spule 56 in der magnetischen Vorrichtung auf induktivem Wege erzeugt wird, genau 48 Hertz beträgt.
Da während einer Zeitdauer von genau 1 Sekunde die Phase des pulsierenden Magnetfeldes in bezug auf die 50-Hertz-Frequenz des Bezugssignals um 720 elektrische Grade zurückfällt, ist es ersichtlich, daß zu jeder Zeit, in welcher der Fluß des magnetischen Feldes durch einen bestimmten Wert hindurchgeht, er um 720 - 50 14,4 verschoben wird in bezug auf jede 360"-Umdrehung des Flußverteilers 33. Da während einer Zeitdauer von genau einer Sekunde die Phase des pulsierenden Magnetfeldes in bezug auf das 50-Hertz-Bezugssignal um 720 elektrische Grade zurückfällt, ist es klar, daß bei jeder 360°-Umdrehung des Flußverteilers die Phase des Magnetfeldes in einer negativen Richtung um 14,4" verschoben wird. Infolgedessen wird der Flußverteiler jedesmal, wenn der Fluß des Magnetfeldes durch einen bestimmten Wert hindurchgeht, einen Winkel von 360 14,4° = 374,4° durchlaufen haben. Da die Ganghöhe des Gewindes des Flußverteilers 33 gleich 1 mm ist, werden infolgedessen die Gewindegrate um 144 3%Ö=0041 0,04 mm vorgeschoben.
Unter diesen Bedingungen werden also die im Kanal Tregistrierten Spuren kontinuierlich verschoben mit einer Geschwindigkeit von zwei Teilungsabständen, bzw. 2 mm pro Sekunde in einer Richtung von links nach rechts gemessen auf einer transversal zur Kanallänge gezogenen Linie. Da das Band mit einer Geschwindigkeit von 25 mm pro Sekunde vorgeschoben wird, werden die unter diesen Bedingungen registrierten Spuren in bezug auf die Längsachse des Kanals T eine Neigung haben, und zwar von 1:12,5. Wenn die Frequenz des variablen Signals, das dem Registrierkopf im Gehäuse 38 zugeführt wird, auf 52 Hertz erhöht würde (+2 zu der Basis 50), so hätten die Spuren im Kanal T genau dieselbe Neigung, aber in der entgegengesetzten Richtung bzw. von rechts nach links. Es wird verständlich sein, daß die Art und Weise, auf welche die Spuren längs des Kanals S registriert werden, genau dieselbe sein kann wie für den Kanal T, selbstverständlich mit der Ausnahme, daß die Phase des variablen Signals, das dem im Gehäuse 37 befindlichen Registrierkopf zugeführt wird, durch geeignete Einstellung der Welle 53 des Phasenschiebers 43 kontrolliert wird.
Obwohl in F i g. 7 auf dem Band zwei Kanäle S und T außer dem Bezugskanal R' dargestellt worden sind und in F i g. 3 nur ein Kanal V außer dem Bezugskanal R', könnte auch eine andere Anzahl von Kanälen benutzt werden, je nach der Anwendung.
Mit dem Bezugskanal R' wird die seitliche Verschiebung als Schwierigkeit vollkommen eliminiert.

Claims

Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Registrieren mindestens einer physikalischen Meßgröße auf einem bandförmigen Aufzeichnungsträger mit einem die Phasenlage eines ersten sich zyklisch ändernden Signals gegenüber einem sich ebenfalls zyklisch ändernden Bezugssignal gleicher Frequenz in Abhängigkeit von der aufzuzeichnenden physikalischen Größe ändernden Phasenschieber und mit Mitteln zum Aufzeichnen des Signals in Form einer durch Änderung eines Flusses erzeugten Schreibspur, deren transversale Verschiebungen gegenüber der Bewegungsrichtung des Aufzeichnungsträgers der Phasenlage des Signals unmittelbar bzw. abzüglich einer in diesem etwa enthaltenen Vielfachen von 360" proportional sind, g e k e n n z e i c h n e t d II r c h mindestens eine über dem Registrierstreifen(9 bzw. 40) angeordnete, synchron mit der Bezugsfrequenz kontinuierlich umlaufende, den die Aufzeichnungen bewirkenden Fluß modulierende Vorrichtung (1 bzw. 32, 33, 34) und durch von dem Phasenschieber (22 bzw. 42, 43) gesteuerte Mittel (19 bzw. 37, 38) zum Beeinflussen der Modulation des Aufzeichnungsflusses.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß durch die modulierende Vorrichtung (1 bzw. 32, 33, 34) auch ein von dem Bezugsfrequenzsignal gesteuerter Fluß moduliert wird und daß die Modulationsvorrichtung so ausgebildet ist, daß beide Signale je in Form von einer Mehrzahl von parallelen Spuren aufgezeichnet werden.
3. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator aus einer Scheibe (1) mit einer lichtdurchlässigen und einer lichtundurchlässigen Spirale (7 bzw. 5) besteht und daß der Phasenschieber (22) einen Zeitfestleger (19) steuert, der die Zeitpunkte festlegt, in denen eine stroboskopische Lampe (12) durch die genannte Scheibe hindurch einen lichtempfindlichen Registrierträger (9) belichtet.
4. Vorrichtung nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Modulator (32 bzw. 33 bzw. 34) aus einem mit Außengewinde versehenen Zylinder aus magnetischem Material hoher Permeabilität besteht, der als Verteiler für einen durch einen magnetischen Registrierträger (40) gehenden magnetischen Fluß dient, und daß der Phasenschieber (42 bzw. 43) einen auf diesen Registrierträger einwirkenden magnetischen Registrierkopf (37 bzw. 38) steuert.

In Betracht gezogene Druckschriften: Deutsche Patentschriften Nr. 616 999, 692 036, 661924, 917874, 950336; britische Patentschrift Nr. 713 762; USA.-Patentschriften Nr. 2 134 581, 2 321 581, 2 593 562, 2 628 539, 2 698 410, 2 743 320, 2 739 865, 2 786 978; P f I i e r, »Electrische Messung mechanischer Grö-I3en(, 1956, S. 124.