DE1234437B - Vorrichtung zum Messen von Winkel-geschwindigkeiten und Winkelversetzungen - Google Patents

Vorrichtung zum Messen von Winkel-geschwindigkeiten und Winkelversetzungen

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DE1234437B
DE1234437B DE1963N0023885 DEN0023885A DE1234437B DE 1234437 B DE1234437 B DE 1234437B DE 1963N0023885 DE1963N0023885 DE 1963N0023885 DE N0023885 A DEN0023885 A DE N0023885A DE 1234437 B DE1234437 B DE 1234437B
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DE1963N0023885
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William Maurice Scarborough
William Dant Mullins Jun
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North American Aviation Corp
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    • G01C19/56Turn-sensitive devices using vibrating masses, e.g. vibratory angular rate sensors based on Coriolis forces
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Description

  • Vorrichtung zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten und Winkelversetzungen Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten und Winkelversetzungen mittels einer durch axiale Erregerkräfte in einer vorbestimmten Ebene mechanisch schwingenden Saite sowie einer mit dieser Saite zusammenwirkenden Meßeinrichtung zur Bestimmung der Winkelabweichungen einer Bezugsebene der Vorrichtung von der Saitenschwingebene.
  • Bei einer bekannten Vorrichtung dieser Art wird die Saite durch an beiden Enden der Saite angebrachte in Gegentakt arbeitende Magnetsysteme in Schwingungen versetzt. Diese bekannte Vorrichtung besitzt aus diesem Grund verschiedene Nachteile. Bei einem magnetischen Erregersystem ist nämlich die Größe der Schwingungsamplitude begrenzt. Außerdem kann das eigentliche Meßsignal zur Bestimmung der Winkelabweichung nicht einfach als Strom innerhalb der Saite selbst erzeugt werden, da zur Erzeugung der Schwingungsbewegung in der Saite bereits ein Strom erzeugt werden muß.
  • Um diese Nachteile der bekannten Vorrichtung der eingangs erwähnten Art zu vermeiden, wird erfindungsgemäß vorgeschlagen, daß die Saite zwischen zwei gegenüberliegende Platten eingespannt und über diese elektrostatisch zu Schwingungen angeregt ist. Mit dem erfindungsgemäßen Erregersystem kann mit einfachen Mitteln eine relativ große Schwingungsamplitude erzeugt werden. Da zur Erzeugung dieser Schwingungsamplitude in der Saite selbst kein Strom erzeugt werden muß, kann das eigentliche Meßsignal unmittelbar als Strom innerhalb der Saite erzeugt werden. Die Meßempfindlichkeit einer erfindungsgemäßen Vorrichtung kann damit bei minimaler Störempfindlichkeit wesentlich gesteigert werden.
  • Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn ein von der einen Platte betätigter kapazitiver Geber vorgesehen wird, dessen Ausgangssignal einem durch eine der Platten und einer dieser gegenüberliegenden Leiterfläche gebildeten elektrostatischen Antrieb zugeführt wird, beispielsweise derart, daß der kapazitive Geber durch eine der Platte gegenüberliegende Leiterfläche gebildet ist und die Leiterfläche zur Bildung des elektrostatischen Antriebs der gleichen Platte gegenüberliegend angeordnet ist. Vorzugsweise wird unter Bildung eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises zwischen Geber und Antrieb ein Verstärker geschaltet. Um am Anfang der Schwingungserzeugung die Saite mit größerer Amplitude schwingen lassen zu können als im eigentlichen Betrieb, kann zwischen Geber und Antrieb auch noch ein Amplitudenbegrenzer, beispielsweise ein Heißleiter, ge- schaltet sein. Ferner hat es sich als vorteilhaft erwiesen, wenn zur Korrektur der Schwingungsebene eine mit der Saite zusammenwirkende Dreheinrichtung vorgesehen wird, beispielsweise derart, daß eine Einrichtung zum Erzeugen eines Stromes in der elektrisch leitenden Saite sowie ein Magnetspulensystem zum Erzeugen eines Magnetfeldes senkrecht zur Seitenlängsachse vorgesehen wird. Dabei kann der Strom in der Saite beispielsweise durch ein zweites Magnetspulensystem induziert werden, das ein senkrecht zu dem Magnetfeld des ersten Spulen systems und senkrecht zur Saitenlängsachse wirkendes Magnetfeld erzeugt.
  • Die eigentliche Meßeinrichtung zur Bestimmung der Winkelabweichung kann ein weiteres Magnetspulensystem zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes senkrecht zur Saite sowie eine Anzeigeeinrichtung zur Bestimmung der Größe des in der Saite durch dieses Wechselfeld induzierten Signals umfassen, wobei sich vorzugsweise die Frequenz des Wechselfeldes von der Frequenz der Saitenschwingung unterscheidet. Die Anzeigeeinrichtung kann einen ersten Demodulator umfassen, durch welchen das in der Saite induzierte Signal mittels eines über eine Fühleinrichtung von der Saitenschwingfrequenz abgeleiteten Signals demoduliert wird, sowie einen zweiten Demodulator, durch welchen das demodulierte Ausgangssignal des ersten Demodulators mittels eines Signals von der Frequenz des Wechselfeldes demoduliert wird. Um die Saitenschwingung zu stabilisieren, wird vorzugsweise der Ausgang des zweiten Demodulators mit dem ersten Magnetspulensystem verbunden.
  • Ein besonders einfacher Gesamtaufbau ergibt sich, wenn die beiden Platten an einem Gehäuse gegeneinander frei schwingend befestigt sind und die Magnetspulensysteme an einer innerhalb dieses Gehäuses um die Saitenachse, insbesondere über einen Zahnradantrieb, verdrehbaren Hülse angebracht sind.
  • Hierbei können innerhalb der Hülse im gleichmäßigen Abstand vier Magnetkerne mit Magnetspulen befestigt sein. Die Fühleinrichtung für die Saitenschwingungsfrequenz besteht vorzugsweise aus Leiterbelägen auf den Stirnilächen von zwei gegenüberliegenden Magnetkernen. Schließlich kann das Gehäuse mit mehreren parallel zur Saite verlaufenden Schwingzungen versehen sein, deren Resonanzfrequenz gleich oder ein Vielfaches der Saitenschwingfrequenz ist, und das Gehäuse kann über mehrere Stoßdämpfer auf einer Grundfläche abgestützt sein.
  • Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.
  • Fig. 1 zeigt den schematischen Gesamtaufbau einer erfindungsgemäßen Vorrichtung; F i g. 2 zeigt eine erfindungsgemäß aufgebaute Vorrichtung im Längsschnitt; F i g. 3 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 4-4 in Fig.2; F i g. 4 zeigt einen Querschnitt längs der Linie 3-3 in Fig.2; F i g. 5 zeigt die perspektivische Gesamtdarstellung einer erfindungsgemäßen Vorrichtung nach Fig.2; F i g. 6 zeigt die Vorrichtung von unten; Fig.7 zeigt einen vergrößerten Teilschnitt durch die Saite und die benachbarten magnetischen und kapazitiven Einrichtungen; Fig.8 bis 10 zeigen in verschiedenen Schnitten eine weitere Ausbildungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung.
  • Gemäß Fig. 1, in welcher die funktionellen Beziehungen zwischen den elektrischen, mechanischen und magnetischen Teilen einer bevorzugten Ausbildungsform der Erfindung dargestellt sind, umfaßt das Gerät mit einer schwingenden Saite eine feine mit Gold plattierte Quarzfaser 11, die bis zur Grenze der zulässigen Spannung gespannt und an zwei Punkten an zwei schwingenden, an den Enden der Faser angeordneten Stäben oder Membranen 12 und 13 befestigt ist, welche mit Hilfe von noch zu beschreibenden Mitteln starr miteinander verbunden sind und gemäß F i g. 1 in einem bestimmten Abstand voneinander gehalten werden. Die Saite bzw. die Faser 11 hat vorzugsweise einen kreisrunden Querschnitt, und ihr Durchmesser kann bei einer Länge von etwa 25 bis 50 mm etwa 0,075 mm betragen. Die Membranen 12 und 13, die beide mit einem noch zu beschreibenden Stützkörper aus Quarz aus einem Stück bestehen, können eine Dicke in der Größenordnung von etwa 1,5 mm haben und werden veranlaßt, Schwingungen in entgegengesetzten Richtungen so auszuführen, daß sich die Enden der Saite genau in axialer Richtung bewegen, d. h., daß sich die Membranen gemeinsam nach innen und gemeinsam nach außen bewegen.
  • Das durch die genannten Teile gebildete schwingungsfähige System ist dynamisch abgeglichen, so daß sich ein hoher Wert für Q ergibt. Es wird ein hoher Grad der Symmetrie zwischen den schwingen- den Membranen 12 und 13 vorgesehen, um zu gewährleisten, daß die Endpunkte der Saite ausschließlich axiale Bewegungen ausführen. Um die Stabilität der Bezugsebene eines solchen Geräts aufrechtzuerhalten, ist es zweckmäßig, die Änderungen der Spannung der Saite während der Schwingungsbewegungen möglichst klein zu halten. Beispielsweise werden der Unterstützung trotz aller Vorsichtsmaßnahmen in einem gewissen Ausmaß Transversalschwingungen mitgeteilt, die auf die Unterstützungspunkte der Saite so übertragen werden, daß die schwingende Saite eine elliptische Bahn beschreibt.
  • Bei einer solchen elliptischen Bahn gibt eine Anderung der Saitenspannung infolge der Nichtlinearität Anlaß zu einer unerwünschten Präzession, d. h. einer Drehung der Schwingungsebene. Durch geeignete Wahl der anfänglichen Spannung und der die Frequenz bestimmenden Abmessungen sowie durch eine geeignete Regelung der Amplitude der Längsbewegung kann man die Änderungen der Spannung weitgehend verringern. Die Amplitude der Längsbewegung richtet sich auf eine noch zu erläuternde Weise nach dem Verhalten des Längsantriebssystems und den Abmessungen der schwingenden Membranen.
  • Die Dicke der Membranen und der Abstand zwischen den Unterstützungspunkten der Membranen bestimmt die Resonanzfrequenz, mit der die Membranen angetrieben werden. Die Frequenz des Resonanzantriebs ist doppelt so groß wie die Frequenz der Saite. Die Masse der Saite je Längeneinheit wird ebenso wie die Spannung auf geeignete Weise eingestellt, um das gewünschte Amplituden-Längen-Verhältnis zu erzielen. Hierbei handelt es sich um das Verhältnis zwischen der Amplitude der Transversalbewegung der Saite und der Länge der Saite zwischen den Unterstützungspunkten. Mit Hilfe einer geringfügigen Trimmung der Amplitude des Antriebsoszillators läßt sich ein Zustand minimaler Spannungsänderung erreichen, bei welchem sich das Amplituden-Längen-Verhältnis weitgehend dem Sollwert nähert.
  • Das resonanzfähige System, welches die Stäbe oder Membranen 12 und 13 umfaßt, mittels deren die Saite in Schwingungen versetzt wird, kann zusammen mit dem die zugehörige Unterstützung bildenden Körper in ein Gehäuse eingeschlossen sein, das in einem solchen Ausmaß evakuiert ist, daß der Q-Wert der resonanzfähigen Stäbe oder Membranen außerordentlich hoch wird und z. B. in der Größenordnung von 100000 liegt und daß man nur kleine Antriebskräfte benötigt, um den Schwingungszustand aufrechtzuerhalten. Im Hinblick auf die Kleinheit der benötigten Antriebskraft kann man das resonanzfähige System dadurch in Schwingungen versetzen, daß man eine Wechselspannung an einen Kondensatorspalt anlegt, so daß man einen elektrostatischen Antrieb erhält.
  • Dieser elektrostatische Antrieb umfaßt einen eine geschlossene Schleife bildenden Oszillator mit einer Elektrode 14, die als Plattierung oder auf andere Weise fest auf der Außenfläche der schwingenden Membran 13 vorgesehen ist, sowie eine kapazitive Geberplatte 15, die an einem das Gerät tragenden Gehäuse befestigt ist. Der Geber 14, 15 liefert ein Signal, das die Amplitude und die Phase der Antriebsbewegung anzeigt; dieses Signal wird durch einen Verstärker 17 verstärkt, dessen Verstärkungsgrad durch einen in dessen Rückkopplungskreis eingeschalteten Heißleiter 16 geregelt wird. Dann wird das Signal einem Leistungsverstärker 18 zugeführt, dessen Ausgangssignal an einen elektrostatischen Antrieb angelegt wird, der die als Plattierung der Membran 13 ausgebildete Elektrode 14 und eine am Gerätegehäuse befestigte zweite aufplattierte Elektrode 19 umfaßt. Einer Spannungsquelle 20 wird als Vorspannung eine Gleichspannung entnommen, die an die Elektrode 14 angelegt wird, um den Geber zu erregen und Schwingungen zu erzeugen; hierdurch wird der Wirkungsgrad der Wechselspannung beim Antreiben des Resonators wesentlich erhöht. Man erkennt somit, daß ein Rückkopplungsoszillator vorgesehen ist, der als Frequenzregelungsorgan die schwingende Membran 13 umfaßt, an welche über den Spalt zwischen den Elektroden 15 und 19 eine Antriebsspannung angelegt wird, deren Frequenz doppelt so hoch ist wie die Schwingungsfrequenz der Saite.
  • Der Heißleiter 16, dessen Widerstand mit der Temperatur abnimmt, bewirkt normalerweise, daß das im Antriebsoszillatorkreis fließende Signal begrenzt wird, um so eine konstante Schwingungsamplitude aufrechtzuerhalten. Dieser Heißleiter erfüllt noch eine zweite wichtige Aufgabe, die sich aus der Notwendigkeit ergibt, die gewünschte konstante Spannung der Saite aufrechtzuerhalten. Bei dem Betrieb mit einer solchen konstanten Spannung der Saite ergeben sich gewöhnlich Schwierigkeiten, wenn ein Endantrieb verwendet wird und der Schwingungsvorgang eingeleitet werden soll. Aus diesem Grund wird der Heißleiter 16 benutzt, um zu veranlassen, daß die anfängliche Amplitude der Längsbewegung erheblich größer ist und die normale Betriebsamplitude um etwa 750/0 überschreitet. Diese Vergrößerung der anfänglichen Amplitude wird durch die thermischen Eigenschaften des Heißleiters 16 bewirkt, der im kalten Zustand einen relativ hohen Widerstand hat, so daß ein stärkeres Signal durch den Antriebsoszillatorkreis fließen kann. Wenn sich der Heißleiter kurz nach dem Einleiten der Schwingungen aufheizt, geht sein Widerstand zurück, so daß sich der Verstärkungsgrad des Verstärkers 17 verringert und das im Antriebsoszillatorkreis fließende Signal bis zu einem Punkt abgeschwächt wird, bei welchem es einen stetigen Pegel aufrechterhält.
  • Die Schwingungsebene der Saite 11 hat das Bestreben, ihre Lage im Raum beizubehalten, so daß dann, wenn die Unterstützung bzw. der das Gerät tragende Körper um die Achse der Saite 11 gedreht wird, eine Anzeige der Winkelbeziehung zwischen der Schwingungsebene der Saite und dem das Gerät tragenden Körper das gewünschte Ausgangssignal als Winkelwert liefert. Zu diesem Zweck ist eine magnetische Konstruktion vorgesehen, die einen Kern 30 umfaßt, welcher an der Saitenunterstützung befestigt ist und eine Wicklung 31 trägt; zum Erregen dient eine Wechselspannungsquelle 32, deren Frequenz sich erheblich von der Frequenz der resonanzfähigen Saite unterscheidet und ein unganzes Vielfaches dieser Frequenz ist. Bei der hier beschriebenen Ausbildungsform ist das durch die magnetische Konstruktion 30, 31 erzeugte Abtastfeld nicht einpolig, sondern seine Polarität wechselt, um den Betrieb einer noch zu beschreibenden magnetischen Antriebskonstruktion zum Regeln der Präzession zu ermöglichen. Das alternierende Magnetfeld bestimmt durch seine Richtung die Bezugsebene der Schwin- gungen der Saite. Solange die Saite in einer Ebene schwingt, die zu dem durch den Elektromagneten 30, 31 erzeugten Feld parallel ist, wird in der elektrisch leitenden Goldplattierung der Saite 11 kein Strom induziert. Sobald sich jedoch die Saitenunterstützung um die Saitenachse dreht, wird die Magnetkonstruktion 30, 31 gegenüber der Schwingungsebene gedreht, und die Geschwindigkeit der schwingenden Saite hat jetzt eine zum Magnetfeld rechtwinklige Komponente, so daß in der Plattierung der Saite ein Strom induziert wird. Dieser Strom fließt zwischen dem geerdeten Ende der Saite und einem die Saite überbrückenden geerdeten Widerstand 33. Das an diesem äußeren Widerstand erscheinende Signal wird über einen Verstärker 34 einem ersten Demodulator 35 zugeführt, dessen Phase durch ein Signal bestimmt wird, dessen Frequenz gleich der Schwingungsfrequenz der Saite ist.
  • Die Bezugsphase für den Demodulator 35 wird zwei kapazitiven Geberplatten36 und 37 entnommen, die nahe der Saite angeordnet sind, so daß die Saite ihre Schwingungsbewegungen in Richtung auf diese Platten und von ihnen weg ausführt. Auf diese Weise werden in den beiden Platten36 und 37 Signale mit entgegengesetztem Vorzeichen erzeugt, die den Enden einer Primärwicklung 38 eines Transformators 39 zugeführt werden. Die Primärwicklung 38 besitzt eine Mittelanzapfung für die der Spannungsquelle 40 entnommene Erregungs-Gleichspannung. Die Sekundärwicklung 41 des Transformators 39 führt das Gebersignal der Saite über einen Verstärker 42 dem Demodulator 35 zu. Das Bezugsphasensignal aus dem Transformator 39 hat natürlich die gleiche Frequenz wie die Schwingung der Saite, denn die Kapazität zwischen den Platten 36 und 37 einerseits und der Saite 11 andererseits variiert genau in Abhängigkeit von der Schwingungsfrequenz der Saite.
  • Wenn ein Gleichspannungs-Abtastfeld für die Magnetkonstruktion 30, 31 verwendet würde, so würde am Ausgang des Demodulators 35 ein Signal erscheinen, dessen Amplitude dem Sinus des Drehwinkels proportional ist, und dessen Polarität dem Vorzeichen des Drehwinkels entspricht. Jedoch hängt das Vorzeichen des Ausgangssignals auch vom Richtungssinn des Magnetfeldes ab. Da die Polarität des Magnetfeldes wechselt, ist eine weitere Demodulation erforderlich; zu diesem Zweck dient ein zweiter Demodulator 50, dem das Ausgangssignal des Demodulators 35 zugeführt wird, und dessen Phase durch die Erreger-Gleichspannungsquelle 32 mit der Frequenz des Abtastmagnetfeldes bestimmt ist. Somit bildet das Ausgangssignal des zweiten Demodulators 50 das gewünschte Ausgangssignal, das auf bekannte Weise dazu dienen kann, einen geeigneten Servosteuerkanal einer stabilisierten Plattform zu betätigen, auf der das Gerät angeordnet sein kann, um eine genaue Übereinstimmung zwischen der Schwingungsebene und der Bezugsebene aufrechtzuerhalten. Mit anderen Worten, das beschriebene Gerät liefert ebenso wie ein Kreisel bekannter Art mit umlaufender Masse als Ausgangssignal ein Winkelsignal, das der Winkelabweichung einer stabilen Plattform von der durch den Kreisel festgelegten Bezugsebene proportional ist und dazu dienen kann, einen Kardan-Seivomotor auf der Plattform so zu betätigen, daß die Plattform in einer solchen Richtung gedreht wird, daß eine Rückführung der Winkelabweichung auf Null erfolgt. Um das Signal auszuschalten, das sich aus irgendeiner dritten seitlichen Bewegungsart der Saite ergibt, entspricht die Länge der Polkonstruktion 30 des Abtastmagneten in Richtung der Saitenlängsachse vorzugsweise zwei Dritteln der Saitenlänge. Auf diese Weise werden längs dieses Abschnitts annähernd gleich große und entgegengesetzte, einer dritten Schwingungsart entsprechende Komponenten induziert, und die der dritten Schwingungsart entsprechende Ausgangsspannung wird verringert. Der schwache Strom, der notwendigerweise fließt, wenn diese Spannung an den Verstärker34 angelegt wird, bewirkt keine Abtrift, denn er befindet sich nicht in Phasenübereinstimmung mit der Geschwindigkeit der Saite.
  • Bei dem Gerät nach F i g. 1 sind Maßnahmen getroffen, um das Gerät mit hoher Genauigkeit anzutreiben bzw. zu drehen, d. h. um eine regelbare Präzession der Schwingungsebene der Saite herbeizuführen. Die Drehvorrichtung umfaßt eine zweite Magnetkonstruktion mit einem Kern 51 und einer darauf angeordneten Wicklung52, die von einer Gleichspannungsquelle 49 aus mit einem konstanten Gleichspannungssignal erregt wird. Das Magnetfeld der Konstruktion 51, 52 ist vorzugsweise direkt auf das Magnetfeld der Abtastkonstruktion 30, 31 ausgerichtet. Rechtwinklig zum Magnetfeld der Konstruktionen30, 31 und 51, 52 sind zwei Magnetkerne 53 und 54 angeordnet, die jeweils eine Wicklung55 bzw. 56 tragen; diese Wicklungen sind in Reihe geschaltet, und das eine Ende der Wicklung 56 ist geerdet. Das andere Ende der hintereinandergeschalteten Wicklungen 55 und 56 ist mit einer Klemme 57 eines Schalters 58 verbunden, der in seiner aus Fig.1 ersichtlichen Stellung den Wicklungen 55 und 56 ein variables Signal zuführt, das, wie in F i g. 1 schematisch dargestellt, einem Potentiometer 59 entnommen wird, das mit Hilfe eines Drehknopfes 60 verstellt werden kann. Zwar wird im vorliegenden Fall das Gleichstrom-Drehfeld der Wicklung 52 mit Hilfe einer gesonderten Magnetkonstruktion erzeugt, doch sei bemerkt, daß es auch möglich ist, die Wicklungen 31 und 52 in Reihe zu schalten, wobei die Gleichspannungskomponente dadurch erzeugt wird, daß bei der erregenden, zur Abtastung dienenden Wechselspannung eine Gleichspannungskomponente vorgesehen wird.
  • Die regelbare Magnetfeldkonstruktion 53, 54, 55, 56 liefert ein zur normalen Schwingungsebene der Saite rechtwinkliges Magnetfeld und bildet somit eine Einrichtung, die es ermöglicht, in der Saite einen Strom zu induzieren, der der Größe dieses Gleichstrom-Drehfeldes proportional ist. Wenn die Saite Schwingungen ausführt, durchschneidet sie das variable Gleichspannungs-Antriebsfeld, so daß in der Saite ein Strom induziert wird, der durch einen äußeren Belastungswiderstand, z. B. den Widerstand 33, abfließt. Wenn sich jetzt die von dem regelbaren Strom durchflossene Saite in dem durch die Magnetkonstruktion 51, 52 erzeugten Gleichspannungs-Bezugsfeld nach oben und unten bewegt, wird auf die Saite durch das feste Gleichspannungs-Bezugsfeld eine Transversalkraft aufgebracht. Diese Kraft befindet sich in Phase mit der Geschwindigkeit der Saite, d. h., wenn sich die Saite z. B. nach oben bewegt, wird auf die Saite eine nach links wirkende Kraft aufgebracht; bewegt sich die Saite nach unten, wirkt die auf die Wechselwirkung zwischen dem festen Gleichspannungsfeld und dem in der Saite fließenden Strom zurückzuführende Kraft nach rechts, wenn man die Saite vom gleichen Ende aus betrachtet. Somit hat die Schwingungsebene der Saite das Bestreben, mit einer Geschwindigkeit zu präzedieren, die proportional zum Produkt des durch das regelbare Magnetfeld in der Saite induzierten Stroms und der Größe des festen Magnetfeldes ist.
  • Daher ist die Präzessionsgeschwindigkeit proportional zu dem variablen Signal, das den Antriebswicklungen über den Schalter 58 zugeführt wird. Bei einer Umkehrung der Wirkungsrichtung des variablen Gleichspannungs-Antriebsfeldes kehrt sich auch die Präzessionsrichtung um.
  • Das Vorhandensein des durch die Magnetkonstruktion 51, 52 erzeugten festen Gleichspannungsfeldes führt zu Präzessionskräften, die bestrebt sind, die Schwingungsebene der Saite auf dieses Feld auszurichten. Mit anderen Worten, dieses feste Gleichspannungsfeld ist normalerweise bestrebt, das Gerät zu stabilisieren. Die Stabilisierungszeitkonstante, d. h. die für eine Rückkehr über 676/o der Winkelversetzung benötigte Zeit, beträgt jedoch für einen Drehbereich von 750 je Stunde etwa 100 Sekunden und erreicht bei einem Drehungsbereich von 150 je Stunde einen Wert von bis zu 500 Sekunden. Ferner hat jede mit der Schwingungsfrequenz der Saite auftretende Spannung, die infolge des durch die Wicklung 52 erzeugten festen Gleichspannungsfeldes induziert wird, die gleiche Frequenz wie die Saitenschwingungen und wird daher durch den die verschiedenen Demodulatoren umfassenden Ausgangskanal unterdrückt.
  • Bei der Verwendung der soeben beschriebenen Antriebsanordnung kann man das Gerät bequem stabi-Iisieren, indem man das Ausgangssignal des Demodulators 50 einer zweiten Klemme 61 des Schalters 58 zuführt. Bei Betätigung des Schalters 58 kann das Gebersignal, das die Winkelabweichung zwischen der Bezugsebene und der Ebene der Saitenunterstützung anzeigt, als Antriebssignal zugeführt werden, um eine Präzession der Schwingungsebene in einem solchen Sinne zu bewirken, daß die Abweichung zwischen der Saitenschwingungsebene und der durch die Magnetkonstruktion 51, 52 geschaffenen Bezugsebene auf ein Mindestmaß verringert wird. Wie schon erwähnt, ist die Magnetkonstruktion 51, 52 auf die durch die magnetische Abtastkonstruktion 30, 31 geschaffene Bezugsebene ausgerichtet.
  • Wie bekannt, kann man einen Kreisel benutzen, um auf der Erdoberfläche eine Richtung dadurch anzuzeigen, daß der Rotationsvektor der Erde ermittelt wird. Das Gerät nach Fig. 1 läßt sich für einen solchen Anwendungsfall dadurch vereinfachen, daß man die Antriebseinrichtung und alle zugehörigen Teile fortläßt und für eine schnelle Stabilisierung dadurch sorgt, daß man einen relativ kleinen Widerstand 65 vorsieht, der mit den Enden der Saite über einen Schalter 66 verbunden werden kann. Bei einer solchen Anordnung kann man mit Hilfe der Magnetkonstruktion 30, 31 ein Abtastfeld in Form eines Gleichspannungsfeldes erzeugen, da die Antriebseinrichtung fortgelassen wurde. Eine schnelle Stabilisierung erfolgt dadurch, daß man den Schalter 66 schließt, um die Saite durch den relativ kleinen Widerstand 65 zu überbrücken, so daß durch die Komponente der Saitenbewegung rechtwinklig zum Abtastfeld ein stärkerer Strom induziert wird. Dieser stärkere Strom wirkt mit dem Gleichspannungs-Abtastfeld zusammen, um eine schnelle Stabilisierung des Geräts zu bewirken. Nach dem Erreichen des stabilen Zustandes des Geräts wird der Schalter 66 geöffnet, so daß die Saite durch den relativ großen Belastungswiderstand 33 überbrückt ist, wodurch die Stabilisierungszeitkonstante erheblich vergrößert wird, so daß eine Messung von Abweichungen mit Hilfe des Geräts möglich ist.
  • Wenn bei einem Gerät zum Messen einer Abweichung oder Verlagerung die Achse der Saite nahezu in der Ost-West-Richtung angeordnet ist, um eine Richtungsbestimmung mit Hilfe einer Kreiselwirkung zu ermöglichen, dreht sich die Schwingungsebene um einen bestimmten Winkel gegenüber der Bezugsebene des Kreisels, so daß das demodulierte Geber signal entsprechend dem Cosinus der geographischen Breite in einer direkten Beziehung zur Abweichung der Saitenachse von der Ost-West-Richtung steht.
  • Ein empfindliches Nullanzeigegerät, dem das Geber signal zugeführt wird, zeigt dann an, wann das Gerät und die Saitenachse genau auf die Ost-West-Richtung ausgerichtet worden sind.
  • Man erkennt, daß das Gerät bei der Verwendung eines Gleichspannungs-Abtasffeldes oder eines mit Hilfe der I(onstruktion 51, 52 erzeugten festen Antriebsfeldes stets Stabilisierungskräften ausgesetzt ist.
  • Wie schon erwähnt, richtet sich die Größe dieser Stabilisierungskräfte nach der Stärke des durch die Saite fließenden Stroms. Wenn die Saite durch einen relativ großen Widerstand überbrückt ist, weist das Gerät eine große Zeitkonstante auf und wirkt praktisch als Gerät zum Messen einer Abweichung. Ist die Saite durch einen relativ kleinen Widerstand überbrückt, arbeitet das Gerät mit einer kleinen Zeitkonstante und wirkt daher weitgehend als Gerät zum Messen einer Geschwindigkeit. Dieses Merkmal läßt sich an Hand der Analogie zu bekannten Geräten mit umlaufender Masse erklären, z. B. durch einen Vergleich mit einem Geschwindigkeitskreisel, bei dem die Ausgangsachse des Geräts mit einer Torsionsfeder versehen ist, durch welche die Präzession der Ausgangsachse gehemmt wird. Bei einer solchen Hemmung der Ausgangs achse arbeitet ein gewöhnlicher Kreisel mit umlaufender Masse als Geschwindigkeitsgerät und liefert eine Winkelverlagerung der Ausgangsachse, welche die Geschwindigkeit der Drehung der Eingangsachse anzeigt. Ohne das Vorhandensein einer solchen Hemmung der Ausgangsachse der Saite ist die Winkelversetzung der Ausgangsachse ein Maß für die Winkelversetzung der Eingangsachse, so daß das Gerät auf Winkelversetzungen anspricht. Jedoch erfolgt auch bei den genauesten Geräten eine gewisse Hemmung der Ausgangsachse infolge von Unvollkommenheiten der Lager für die Ausgangsachse von durch die Zuleitungen aufgebrachten Drehmomenten u. dgl. Somit wirkt auch ein Präzisionskreisel zur Messung von Versetzungen in einem gewissen Ausmaß als ein auf Geschwindigkeiten ansprechendes Gerät.
  • Bei dem Gerät nach F i g. 1 läßt sich die an der Saite auftretende Spannung wie folgt ausdrücken: E = KO = K,6 t K,. (1) Hierin ist e der Winkel zwischen dem Abtastfeld und der Schwingungsebene; 0 ist der Winkel zwischen dem Abtastfeld und der ursprünglichen Bezugsebene; K, K, und K2 sind Konstanten. e zeigt den Ausgangswinkel an, 0 bildet eine Anzeige für den Eingangswinkel, und m zeigt die Eingangsgeschwindigkeit an. Man erkennt aus dieser Gleichung, daß die Ausgangsspannung eine Komponente enthält, welche den Eingangswinkel anzeigt, sowie eine die Eingangsgeschwindigkeit anzeigende Komponente. Wie schon erwähnt, lassen sich die relativen Größen dieser Komponenten durch eine Regelung des die Saite überbrückenden Widerstandes regeln.
  • Bei solchen Flugsteuersystemen, bei denen man kombinierte Informationen über die Versetzung und die Winkelgeschwindigkeit benötigt, kann man somit eine geeignete Kombination von Widerständen 33 und 65 wählen, um zu erreichen, daß das Ausgangssignal des Gebers Informationen über die Geschwindigkeit und die Winkelversetzung in den gewünschten Anteilen enthält. Alternativ kann man als Überbrükkung für die Saite an Stelle der abwechselnd einschaltbaren Widerstände 65 und 33 einen einzigen variablen Widerstand vorsehen.
  • Bei dem vorstehend beschriebenen, mit einer Antriebseinrichtung versehenen Gerät ist die absolute Größe störender Gleichspannungskomponenten von relativ geringer Bedeutung. Jedoch führt eine Änderung der Größe jedes störenden Gleichspannungs-Magnetfeldes zur gleichen Wirkung wie eine Änderung des regelbaren Feldes. Aus diesem Grund ist eine magnetische Abschirmung in Form eines Materials von geringem magnetischem Widerstand vorgesehen; diese Abschirmung umschließt das Gerät, um die Änderungen der störenden Gleichspannungs-Feldkomponenten zu verringern, denen das Gerät ausgesetzt ist.
  • In F i g. 2 bis 6 ist eine praktische Ausbildungsform des an Hand von F i g. 1 beschriebenen Geräts mit einer schwingenden Saite dargestellt. Die Saite 11 ist an ihren Enden in Öffnungen der schwingenden Platten 12 und 13 eingekittet, und diese Platten bestehen gemäß Fig. 2 und 5 aus einem Stück mit einem Quarzkörper 70, der einen kräftigen Versteifungsring 71E trägt, welcher bei 72 genutet ist, damit elektrische Zuleitungen untergebracht werden können. Die schwingungsfähigen Membranen 12 und 13 sind an drei Stellen ausgeschnitten und mit dem Quarzkörper 70 der Unterstützung gemäß Fig.5 an drei Stellen bei 73, 74 und 75 verbunden. Der Tragkörper ist oberhalb und unterhalb der schwingenden Membranen kurz abgeschnitten und dadurch mit mehreren schwingungsfähigen Zungen 76 verstehen, so daß mehrere Schlitze vorgesehen sind, die sich nach innen zu dem Versteifungsring71 erstrecken.
  • Die elektrischen Zuleitungen zu den Enden der Saite 11 können als Plattierungen 77 und 78 ausgebildet sein, die sich über die Außenflächen der schwingenden Membranen und längs der Umfangsfläche des Tragkörpers bis zu dem Versteifungsring erstrecken, wo sie mitZuleitungsdrähten verbunden sein können.
  • Das schwingungsfähige Tragaggregat nach F i g. 5 ist gemäß F i g. 2 in einem nach außen abgedichteten Gehäuse 80 aus einem Material von geringem magnetischem Widerstand angeordnet; dieses Gehäuse besteht aus einem Oberteil und einem Unterteil, die aneinander sowie an einer ortsfesten Tragplatte 81 befestigt sind und von der Tragplatte 81 aus durch mehrere Stoßdämpfer 82 unterstützt werden; die Stoßdämpfer sind in gleichmäßigen Umfangsabständen verteilt. Jeder Stoßdämpfer 82 umfaßt eine an einem Gehäuseteil befestigte Hülse, in der eine langgestreckte nachgiebige Buchse 83 angeordnet ist; durch die Bohrung der Buchse 83 erstreckt sich der Schaft einer Schraube 84, die eine Mutter trägt, um die beiden Gehäuseteile zusammenzuhalten und sie mit der Tragplatte 81 zu verbinden. Diese Anordnung der Stoßdämpfer ermöglicht eine lineare Bewegung des ganzen Geräts parallel zur Grundplatte sowie rechtwinklig zur Achse der Saite. Die Stoßdämpfer bewirken zusammen mit den Schwingungen absorbierenden resonanzfähigen Zungen 76 eine weitgehende Ausschaltung der Übertragung von quer zur Saitenachse auftretenden Schwingungen, deren Frequenz gleich der Saitenfrequenz oder nahezu gleich dieser Frequenz ist, auf das Saitenaggregat 70. Sollten Schwingungen durch die Stoßdämpfer übertragen werden, werden die von dem Tragkörper70 aufgenommenen Schwingungskräfte den schwingungsfähigen Zungen 76 mitgeteilt, die bezüglich ihrer Länge und Dicke so bemessen sind, daß sie bei der Saitenschwingungsfrequenz resonanzfähig sind. Die parasitären Schwingungen der Zungen 76 wirken somit den Schwingungen des eigentlichen Tragkörpers 70 entgegen.
  • Das Gerät umfaßt ferner ein Magnetaggregat mit einem im wesentlichen zylindrischen Mantel 85, der auf senkrechten und waagerechten Schultern 86 und 87 im unteren Gehäuseteil 80 ruht, wie es in F i g. 2 gezeigt ist. Der Mantel 85 paßt ziemlich genau in diese im wesentlichen ringförmigen Schultern, doch ist er so gelagert, daß er um die Saitenachse gedreht werden kann. Diejenigen Teile des Gehäuses, welche die Schultern zum Unterstützen des Mantels für das Maguetaggregat bilden, sind dort ausgeschnitten, wo dies erforderlich, um die mit dem Haupttragkörper 70 verbundenen Teile der schwingenden Membranen 12 und 13 aufzunehmen.
  • Der Mantel 85 des Magnetaggregats ist am oberen Ende mit einer Verzahnung 88 versehen, die in ein Ritzel 89 eingreift, welches auf einer Klemmschraube 90 gelagert ist, die in eine Öffnung im oberen Teil des Gehäuses 80 eingeschraubt ist. Die Welle, mittels deren das Ritzel 89 auf der Klemmschraube 90 gelagert ist, kann ein Einstellwerkzeug aufnehmen, das in die Klemmschraube 90 eingeführt werden kann, um das Magnetaggregat in die gewünschteWinkelstellung zu bringen. Die Unterkante der Klemmschraube90 stützt sich an der Oberkante des Mantels 85 ab, wenn die Klemmschraube nach unten gedreht wird, um den Mantel zwischen der Klemmschraube und der waagerechten Schulter 87 des Gehäuses 80 festzulegen.
  • Gemäß F i g. 2 und 4 umfaßt das Magnetaggregat ein erstes und ein zweites Paar von einander diametral gegenüberliegenden Kernen 30, 51, 53 und 54; die Achsen dieser Kernpaare schneiden sich unter einem rechten Winkel; die Kernpaare sind an dem Mantel befestigt und ragen von dort aus radial nach innen bis in die unmittelbare Nähe der Saite 11.
  • Die verschiedenen Wicklungen 52, 55, 31 und 56 sind auf den verschiedenen Kernteilen in der an Hand von Fig. 1 beschriebenen Weise angeordnet.
  • Auf den Kernteilen 51 und 30, die das Magnetfeld in der Bezugsrichtung liefern, sind gemäß Fig. 7 kapazitiv wirkende Bezugsplatten 36 und 37 für die Saitenfrequenz vorgesehen. Diese Platten können durch Elektroden gebildet werden, die auf den Enden der Kernkonstruktion angeordnet und der Saite benachbart sind.
  • Aus den schon besprochenen Gründen sind die verschiedenen Kernkonstruktionen gemäß Fig.2 so ausgebildet, daß sie sich über etwa zwei Drittel der Länge der Saite erstrecken.
  • F i g. 6 zeigt die Unteransicht der zusammenhängenden Tragkonstruktion aus Quarz und läßt die bewegliche Antriebs- und Geberplatte 14 des Antriebsoszillators erkennen, bei der es sich um einen dünnen Film aus einem elektrisch leitenden Material handelt, der auf geeignete Weise auf die Außenfläche der schwingenden Membran 13 aufgebracht und mit ihr fest verbunden ist. Die Geberplatte 15 und die Antriebsplatte 19 sind gemäß Fig. 2 an der Innenseite des Gehäuses 80 befestigt und gegenüber dem Gehäuse auf geeignete Weise elektrisch isoliert. Natürlich sind auch die verschiedenen elektrischen Leitungen vorgesehen, die die erforderlichen Verbindungen zu der äußeren Schaltung nach F i g. 1 herstellen; aus Fig. 2 sind jedoch nur die Anschlüsse für die Antriebsplatte 19 und einige der Magnetwicklungen ersichtlich.
  • Zwar hat eine für den vorliegenden Zweck geeignete Faser, die als Saite wirkt, einen kleinen Durchmesser, der z. B. etwa 0,025 bis etwa 0,075 mm beträgt, doch wird die Bewegung der Saite auch in diesem Fall immer noch durch die Biegefestigkeit beeinflußt, insbesondere an den Enden der Saite.
  • Wenn der Querschnitt der Saite an den Enden nicht genau kreisrund ist, führen Formabweichungen zusammen mit viskoelastischen Verlustwirkungen zu erheblichen Abtriftgeschwindigkeiten, die in Abhängigkeft von der Winkellage der Bezugsebene periodisch variieren. Aus diesem Grund ist das die Bezugsebene festlegende Magnetaggregat mit Einstellmitteln einschließlich der Verzahnung 88 und des Ritzels 89 versehen, damit die Bezugs ebene um die Saitenachse gedreht werden kann. Somit kann man eine Bezugsebene wählen, bei der das auf die erwähnten Ursachen zurückzuführende Vorspanndrehmoment ein Minimum ist. Sobald eine solche Stellung erreicht ist, legt man die Magnetkonstruktion mit Hilfe der Klemmschraube 90 fest.
  • Wenn das Gehäuse Schwingungen rechtwinklig zur Bezugsebene ausführt und diese Schwingungen synchron oder nahezu synchron mit den Schwingungen der Saite auftreten, d. h. mit einer Frequenz, die normalerweise im Bereich von 5 bis 10 kHz liegt, wird eine zur Bezugsebene rechtwinklige Komponente der Saitenschwingung erzeugt. Aus diesem Grund umfaßt die beschriebene Anordnung die aus dem Quarzkörper 70 herausgeschnittenen sechs resonanzfähigen Zungen 76 und die drei schwingungsdämpfenden Halterungen 82. Diese drei Halterungen lassen parallele Bewegungen der Grundplatte gegenüber dem inneren Aggregat des Geräts in allen zur Saitenachse rechtwinkligen Richtungen zu. Die Halterungen werden so eingestèllt, daß sie relativ steif und z. B. bei einer Frequenz in der Größenordnung von 50Hz resonanzfähig sind. Die Resonanzspitze dieser Halterungen wird durch die nachgiebige Dämpfungshülse 83 begrenzt, die einer Beanspruchung ausgesetzt wird, wenn sich die Tragschrauben 84 bei Schwingungen der Grundplatte 81 ausbiegen.
  • Die resonanzfähigen Zungen 76, die durch die Ausbildung axialer Einschnitte in dem Tragkörper 70 entstanden sind und sich bis zu den Versteifungsringen 71 erstrecken, bilden Schwingungen absorbierende resonanzfähige Isolatoren mit einem hohem Q-Wert, die durch geeignete Bearbeitung ihrer Außenflächen genau auf die Saitenfrequenz abgestimmt sind. Da diese Zungen Schwingungen rechtwinklig zur Saitenachse ausführen und in Winkelabständen von 1200 verteilt sind, wird allen zur Saitenachse rechtwinkligen Schwingungen durch eine geeignete Kombination von Resonatoramplituden entgegengewirkt.
  • Trotz des Vorhandenseins der die Saitenunterstützung gegen Transversalschwingungen schützenden Konstruktion können solche Schwingungen immer noch in einem gewissen Ausmaß auf die Unterstützungspunkte der Saite übertragen werden. In Fällen, in denen Winkeischwingungen des Gehäuses um eine zur Saitenachse rechtwinklige Achse, die mit der Saitenfrequenz synchron oder nahezu synchron sind, weniger schwerwiegend sind als die erwähnten linearen Transversalschwingungen, kann man eine andere Anordnung vorsehen, um die nachteiligen Wirkungen dieser linearen, nahezu synchronen Transversalschwingungen auf ein Mindestmaß zu verkleinern. Eine solche alternative Anordnung umfaßt Maßnahmen, um die Saite so anzutreiben, daß sie nicht in ihrer ersten Schwingungsart, sondern in ihrer zweiten Schwingungsart schwingt. Bei der zweiten Schwingungsart bewegt sich jeweils eine Hälfte der Saite in der einen Richtung, während sich die andere Hälfte in der entgegengesetzten Richtung bewegt. In diesem Fall ist eine beiden Saitenenden aufgedrückte Transversalschwingung bestrebt, einen Teil der Schwingungsebene in der einen Richtung und den anderen Teil der Schwingungsebene in der anderen Richtung zu bewegen; hierdurch wird im wesentlichen eine Auslöschung der nachteiligen Wirkung nahezu synchroner Transversalschwingungen des Gehäuses bewirkt.
  • Um die Saite so anzutreiben, daß sie in ihrer zweiten Schwingungsart schwingt, ist es nur erforderlich, die Beziehung zwischen der Saitenlänge und der Antriebsfrequenz auf geeignete Weise zu ändern. Mit anderen Worten, um bei einer gegebenen Antriebsfrequenz von der ersten Schwingungsart auf die zweite Schwingungsart überzugehen, müßte man die Länge der Saite verdoppeln. Umgekehrt müßte man bei gegebener Saitenlänge die Antriebsfrequenz verdoppeln, um einen Übergang von der ersten Schwingungsweise zur zweiten zu bewirken. In allen Fällen ist es erwünscht, daß das Verhältnis zwischen Amplitude und Länge das gleiche bleibt, wobei die Länge jetzt derjenigen einer Halbwelle entspricht.
  • In F i g. 8 bis 10 ist eine andere Ausbildungsform dargestellt, die ein äußeres Gehäuse 110 umfaßt, durch welches die Tragkonstruktion für die resonanzfähige schwingende Saite unterstützt wird. Bei dieser Anordnung werden die schwingenden Saitenantriebsorgane 112 und 113 durch das Einschneiden von Schlitzen 114 und 115 in einen zusammenhängenden Quarzstab 116 ausgebildet. Der Quarzstab 116 ist zwischen den beiden Hälften 121 und 122 eines Saitentragkörpers fest eingespannt; zu diesem Zweck sind die Gehäusehälften mit einer Spannstange 116 durch Schrauben 117, 118, 119 und 120 verspannt.
  • Ferner sind zwei resonanzfähige Zungen 125 und 126 vorgesehen, die in der bezüglich der Zungen 76 an Hand von F i g. 2 beschriebenen Weise als Schwingungen absorbierende Organe wirken und jeweils in der Mitte zwischen ihren Enden in Augen 123 und 124 des Saitentragkörpers 121, 122 befestigt sind. In dem Saitentragkörper ist ein Magnetaggregat von im wesentlichen kugelförmiger Gestalt angeordnet, das einen äußeren Mantel 130 und mehrere radial nach innen ragende Magnetpolstückel31, 132, 133 und 134 trägt, auf denen Wicklungen angeordnet sind, welche in der gleichen Weise wirken wie bei der Anordnung nach F i g. 2. Magnetkernkonstruktionen, welche die Bezugsrichtung des Geräts festlegen, sind an ihren inneren Enden mit kapazitiven Geberplatten versehen, wie es in F i g. 7 für eine ähnliche Anordnung dargestellt ist.
  • Die Saite ist an ihren Enden in Öffnungen der resonanzfähigen Organe 112 und 113 eingekittet. Der die Schwingungen erzeugende Antriebsoszillator ähnelt im wesentlichen dem an Hand von F i g. 2 beschriebenen und umfaßt eine ortsfeste Platte auf der Außenfläche der schwingenden Membran 112, eine Geberplatte 15 und eine Antriebsplattel9, die am Gehäuse 110 angebracht und gegenüber dem Gehäuse isoliert sind.
  • Wie bei der Ausbildungsform nach F i g. 2 ist die die Bezugsebene des Geräts bestimmende Magnetkonstruktion um die Saitenachse drehbar. Ein ringförmiger Flansch 140 des Kernaggregats greift in eine dazu passende Aussparung des Saitentragkörpers 121, 122 ein und bildet eine drehbare Lagerung für das Magnetaggregat. Der Flansch 140 ist mit Zahnradzähnen versehen, die mit einem Einstellritzel 141 kämmen, welches auf einer Welle sitzt, die in einer Klemmschraube 142 drehbar gelagert ist; es können mehrere solche Klemmschrauben vorgesehen sein. Ferner sind mehrere Schwingungsdämpfer 144, 145 und 146 ähnlich den an Hand von F i g. 2 beschriebenen vorgesehen, um das Gerät von einer Grundplatte 81 aus zu unterstützen. Bei der Ausbildungsform nach F i g. 8 bis 10 stehen die Wicklungen und der magnetische Kreis in stärkerer thermischer Berührung mit dem Gehäuse, so daß der Temperaturanstieg verringert wird.
  • Vorstehend wurden zwei verschiedene Ausbildungsformen eines Geräts mit einem schwingenden Organ zur Festlegung einer stabilen Bezugsrichtung beschrieben, die mit erheblich höherer Genauigkeit arbeiten, die gegenüber äußeren Schwingungen weniger empfindlich sind, die Einrichtungen zum Bewirken einer genau regelbaren Präzession umfassen, die mit einem erheblich verbesserten Längsantrieb versehen sind, und die verschiedene weitere Vorteile bieten, welche sich aus den beschriebenen Konstruktionen ergeben.

Claims (16)

  1. Patentansprüche: 1. Vorrichtung zum Messen von Winkelgeschwindigkeiten und Winkelversetzungen mittels einer durch axiale Erregerkräfte in einer vorbestimmten Ebene mechanisch schwingenden Saite sowie einer mit dieser Saite zusammenwirkenden Meßeinrichtung zur Bestimmung der Winkelabweichungen einer Bezugsebene der Vorrichtung von der Saitenschwingebene, d a du reh g e -kennzeichnet, daß die Saite (11) zwischen zwei gegenüberliegende Platten (12, 13) eingespannt und über diese elektrostatisch zu Schwingungen angeregt ist.
  2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen von der einen Platte (13) betätigten kapazitiven Geber (14, 15), dessen Ausgangssignal einem durch eine der Platten (13) und einer dieser gegenüberliegenden Leiterfläche (19) gebildeten elektrostatischen Antrieb (14, 19) zugeführt wird.
  3. 3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der kapazitive Geber durch eine der Platte (13) gegenüberliegende Leiterfläche (153 gebildet ist und die Leiterfläche (19) zur Bildung des elektrostatischen Antriebs der gleichen Platte (13) gegenüberliegend angeordnet ist.
  4. 4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß unter Bildung eines rückgekoppelten elektrischen Schwingkreises zwischen Geber (14, 15) und Antrieb (14, 19) ein Verstärker (17, 18) geschaltet ist.
  5. 5. Vorrichtung nach Anspruch 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen Geber (14, 15) und Antrieb (14, 19) ein Amplitudenbegrenzer(16), insbesondere ein Heißleiter, geschaltet ist, derart, daß am Anfang der Schwingungserzeugung die Saite mit größerer Amplitude schwingt.
  6. 6. Vorrichtung nach Anspruch 1 bis 5,gekennzeichnet durch eine mit der Saite (11) zusammenwirkende Dreheinrichtung (51 bis 56) zur Korrektur der Schwingungsebene.
  7. 7. Vorrichtung nach Anspruch 6, gekennzeichnet durch eine Einrichtung(52) zum Erzeugen eines Stromes in der elektrisch leitenden Saite (11) sowie ein Magnetspulensystem (55, 56) zum Erzeugen eines Magnetfeldes senkrecht zur Saitenlängsachse.
  8. 8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der Strom in der Saite (11) durch ein zweites Magnetspulensystem (52) induziert wird, welches eine senkrecht zu dem Magnetfeld des ersten Spulensystems und senkrecht zur Saitenlängsachse wirkendes Magnetfeld erzeugt.
  9. 9. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtung zur Bestimmung der Winkelabweichung ein weiteres Magnetspulensystem (30, 31) zum Erzeugen eines magnetischen Wechselfeldes senkrecht zur Saite (11) und eine Anzeigeeinrichtung (33 bis 42, 50) zum Bestimmen der Größe des in der Saite (11) durch dieses Wechselfeld induzierten Signals umfaßt.
  10. 10. Vorrichtung nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Frequenz des Wechselfel- des sich von der Frequenz der Saitenschwingung unterscheidet.
  11. 11. Vorrichtung nach Anspruch 9 oder 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Anzeigeeinrichtung einen ersten Demodulator (35) umfaßt, durch welchen das in der Saite (11) induzierte Signal mittels eines über eine Fühleinrichtung (36, 37) von der Saitenschwingfrequenz abgeleiteten Signals demoduliert wird, sowie einen zweiten Demodulator (50), durch welchen das demodulierte Ausgangssignal des ersten Demodulators (35) mittels eines Signals von der Frequenz des Wechselfeldes demoduliert wird.
  12. 12. Vorrichtung nach Anspruch 7 und 11, dadurch gekennzeichnet, daß zur Stabilisierung der Saitenschwingung der Ausgang des zweiten Demodulators (50) mit dem ersten Magnetspulensystem (55, 56) verbindbar ist.
  13. 13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Platten (12, 13) an einem Gehäuse (70) gegeneinander frei schwingend befestigt sind und die Magnetspulensysteme (30, 31, 51 bis 56) an einer innerhalb dieses Gehäuses um die Saitenachse, insbesondere über einen Zahnradantrieb verdrehbaren Hülse (85) angebracht sind.
  14. 14. Vorrichtung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß innerhalb der Hülse (85) in gleichmäßigem Abstand vier Magnetkerne mit Magnetspulen befestigt sind.
  15. 15. Vorrichtung nach Anspruch 11, 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Fühleinrichtung für die Saitenschwingfrequenz durch Leiterbeläge (36, 37) auf den Stirnflächen von zwei gegenüberliegenden Magnetkernen (31, St) gebildet ist.
  16. 16. Vorrichtung nach Anspruch 13 oder 14, dadurch gekennzeichnet, daß das Gehäuse (70) mit mehreren parallel zur Saite (11) verlaufenden Schwingzungen (76) versehen ist, deren Resonanzfrequenz gleich oder ein Vielfaches der Saitenschwingfrequenz ist, und das Gehäuse über mehrere Stoßdämpfer (82) auf einer Grundfläche abgestützt ist.
    In Betracht gezogene Druckschriften: USA.-Patentschriften Nr. 2309 853, 2455 939 2466018,2546158, 2974530.
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