DE1273721B

DE1273721B - Mechanical low frequency filter

Info

Publication number: DE1273721B
Application number: DE1966T0032295
Authority: DE
Inventors: Dr Rer Nat Manfred B Dipl-Phys
Original assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Current assignee: Telefunken Patentverwertungs GmbH
Priority date: 1966-10-18
Filing date: 1966-10-18
Publication date: 1968-07-25

Description

Mechanisches Niederfrequenzfilter Die Erfindung betrifft ein mechanisches Niederfrequenzfilter mit zu Torsionsschwingungen anregbaren, vorzugsweise plattenförmigen, mit ihren Hauptflächen parallel zueinander und senkrecht zur Filterlängsachse verlaufenden Resonatoren und Wandlern geringer Torsionsfestigkeit, deren Länge groß ist gegen ihren gegenseitigen Abstand und die durch draht- oder bandförmige zu Biegeschwingungen anregbare Koppelelemente verbunden sind.Mechanical low frequency filter The invention relates to a mechanical one Low-frequency filter with, preferably plate-shaped, excitable to torsional vibrations, with their main surfaces parallel to each other and perpendicular to the filter's longitudinal axis Resonators and transducers of low torsional strength, the length of which is great compared to their mutual distance and that of wire or ribbon-shaped bending vibrations excitable coupling elements are connected.

Filter dieser Art sind durch das deutsche Gebrauchsmuster 1859 717 bekanntgeworden und eignen sich besonders zum Einbau in Geräte die starken mechanischen Erschütterungen ausgesetzt sind.Filters of this type are covered by the German utility model 1859 717 become known and are particularly suitable for installation in devices that are strong mechanical Are exposed to vibrations.

Während nämlich bei als Biegeschwinger ausgebildeten Resonatoren bei niedrigen Frequenzen Stöße besonders in Längsrichtung bereits zu erheblichen Störungen des Filterausgangssignals führen, sprechen Filter mit als Torsionsschwinger ausgebildeten Resonatoren auf derartige Beanspruchungen praktisch nicht an.While namely with resonators designed as flexural oscillators Low frequency impacts, especially in the longitudinal direction, can already cause considerable interference of the filter output signal, filters speak with designed as torsional oscillators Resonators practically do not respond to such stresses.

Ein weiterer Vorteil von Filtern mit Resonatoren geringerTorsionsfestigkeit besteht in ihren vergleichsweise geringen Abmessungen.Another advantage of filters with resonators with low torsional strength consists in their comparatively small dimensions.

Nachteilig bei dem bekannten Filter ist dagegen, daß zugunsten des gedrängten Aufbaus, der letztlich auch wieder dazu beiträgt, die Stoßunempfindlichkeit des Filters zu erhöhen, auf eine 7/4-Kopplung zwischen den Resonatoren verzichtet wurde.The disadvantage of the known filter, however, is that in favor of the compact structure, which ultimately also contributes to the impact insensitivity of the filter, a 7/4 coupling between the resonators is dispensed with became.

Gerade die Verwendung von d/4 langen Koppelelementen bringt aber bei einem mechanischen Frequenzfilter entscheidende Vorteile mit sich: Wählt man Koppelelemente von einer anderen als der 7./4-Länge oder einem ungeraden Vielfachen hiervon, so wächst bei gleichen Querabmessungen der Koppelelemente die Kopplung stark an. Bei im allgemeinen vorgegebener Kopplung bedeutet das, daß man den Querschnitt der Koppelelemente stark verringern muß. Man verliert also gegenüber der 2/4-Koppelleitung an Stabilität. Die Z/4-Kopplung hat den weiteren Vorteil, daß beispielsweise in einfachen Koppelfiltern, in denen nur benachbarte Resonatoren verkoppelt sind, die Mittenfrequenz des Filters genau bei der Abgleichfrequenz des Filters liegt. Das gilt auch noch, wenn man in bekannter Weise z. B. durch direkte Verkopplung des n-ten mit dem n+3-ten Kreis symmetrische Polstellen erzeugt, wenn auch das Polkoppelelement #/4 oder ein ungerades Vielfaches davon lang ist.However, it is precisely the use of d / 4 long coupling elements that teaches a mechanical frequency filter with decisive advantages: If you choose coupling elements of a length other than the 7th / 4th length or an odd multiple thereof, see above The coupling grows strongly with the same transverse dimensions of the coupling elements. at In general, given coupling, this means that the cross-section of the coupling elements must greatly reduce. So you lose stability compared to the 2/4 coupling line. The Z / 4 coupling has the further advantage that, for example, in simple coupling filters, in which only neighboring resonators are coupled, the center frequency of the filter is exactly at the adjustment frequency of the filter. This also applies if you are in known way z. B. by direct coupling of the n-th with the n + 3-th circle creates symmetrical pole positions, albeit the pole coupling element # / 4 or an odd one Multiples of it is long.

Das erfindungsgemäße Filter ist gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale: a) Die Koppelelemente sind als i/4-Koppler ausgebildet und verlaufen geradlinig; b) jedes Koppelelement verbindet je einen Punkt zweier verschiedener Resonatoren bzw. eines Resonators und eines Wandlers miteinander, wobei die durch ein Koppelelement verbundenen Punkte auf entgegengesetzten Seiten der Schwingungsknotenebene der Resonatoren bzw. Wandler liegen.The filter according to the invention is characterized by the combination the following features: a) The coupling elements are designed and run as i / 4 couplers straight; b) each coupling element connects one point of two different ones Resonators or a resonator and a transducer with each other, the through a coupling element connected points on opposite sides of the plane of vibration the resonators or transducers are.

Es ist zwar aus verschiedenen Literaturstellen, wie beispielsweise aus den Zeitschriften »Hochfrequenztechnik und Elektroakustik«, Bd.70, 1961, Nr.5, S.166 bis 170, und »The Journal of the Electrical Communication Engineers of Japan«, Vol. 40, Nr. 1, S. 44 (Januar 1957), bekannt, geradlinig verlaufende a/4 lange Koppelelemente zu verwenden.Although it is from various literature sources, such as from the journals "Hochfrequenztechnik und Elektroakustik", Vol. 70, 1961, No. 5, P.166 to 170, and "The Journal of the Electrical Communication Engineers of Japan", Vol. 40, No. 1, p. 44 (January 1957), known, straight a / 4 long coupling elements to use.

Es ist ferner auch aus der USA.-Patentschrift 2 753 524 bekannt, die Koppelelemente in mechanischen Frequenzfiltern so anzuordnen, daß jedes Koppelelement je einen Punkt zweier verschiedener Resonatoren miteinander verbindet und daß diese Punkte auf verschiedenen Seiten der Schwingungsknotenebene liegen.It is also known from US Pat. No. 2,753,524 which To arrange coupling elements in mechanical frequency filters so that each coupling element each connecting a point of two different resonators and that these Points lie on different sides of the nodal plane.

Es ergibt sich jedoch erst aus der erfindungsgemäßen Kombination dieser Merkmale ein Frequenzfilter, das sich gegenüber den Filtern mit @i4-Kopplung durch seine niedrige Frequenz und gegenüber dem Filter gemäß der zitierten USA.-Patentschrift durch eine kompakte Bauweise auszeichnet. Durch die erfindungsgemäße Kombination ergibt sich also ein kompaktes Niederfrequenzfilter mit geringer Stoßunempfindlichkeit.However, it only emerges from the combination of these according to the invention Features a frequency filter that differs from the filters with @ i4 coupling its low frequency and compared to the filter according to the cited U.S. patent characterized by a compact design. By the combination according to the invention This results in a compact low-frequency filter with low impact insensitivity.

Die Erfindung wird nachstehend an Hand einer Zeichnung näher erläutert.The invention is explained in more detail below with reference to a drawing.

F i g. 1 zeigt ein erfindungsgemäßes mechanisches Filter, F i g. 2 einen Wandler zur Verwendung in einem erfindungsgemäßen Frequenzfilter. Das mechanische Frequenzfilter in F i g.1 ist aus plattenförmigen Resonatoren 2 bis 5 aufgebaut. Die Resonatoren besitzen einen rechteckigen Querschnitt und liegen im Abstand a parallel zueinander. Außerdem sind in F i g. 1 zwei Wandler 1 und 2 dargestellt, die äußerlich die gleiche Form aufweisen wie die Resonatoren. Die Resonatoren und Wandler sind durch Koppelelemente 7 und 8 miteinander verbunden. Da das Verhältnis der Resonator- bzw. Wandlerlänge b sehr groß ist gegen ihren Abstand a voneinander, liefern die Koppelelemente 7 und 8 praktisch eine reine Biegekopplung. Die schwache longitudinale Kopplungskomponente regt aber auf jeden Fall den gewünschten Torsionsmod nicht an. Auch im Fall des erfindungsgemäßen Filters kann man durch Koppelelemente 8 die nicht unmittelbar benachbarte Resonatoren miteinander verbinden, Dämpfungspole in der Filtercharakteristik erzeugen. Selbstverständlich wird man sich bei der Dimensionierung des Fil= ters darum bemühen, daß sich keine Eigenfrequenzen für Biegeschwingungen in unmittelbarer Nachbarschaft der Eigenfrequenz für die gewünschte Torsionsschwingung befinden.F i g. 1 shows a mechanical filter according to the invention, FIG. 2 shows a converter for use in a frequency filter according to the invention. The mechanical frequency filter in FIG. 1 is made up of plate-shaped resonators 2 to 5. The resonators have a rectangular cross section and are parallel to one another at a distance a. In addition, in FIG. 1 shows two transducers 1 and 2, which externally have the same shape as the resonators. The resonators and transducers are connected to one another by coupling elements 7 and 8. Since the ratio of the resonator or transducer length b is very large compared to their distance a from one another, the coupling elements 7 and 8 provide practically a pure flexural coupling. In any case, the weak longitudinal coupling component does not stimulate the desired torsional mod. In the case of the filter according to the invention, too, coupling elements 8 can be used to connect the not directly adjacent resonators to one another, and to generate attenuation poles in the filter characteristic. Of course, when dimensioning the filter, efforts will be made to ensure that there are no natural frequencies for flexural vibrations in the immediate vicinity of the natural frequency for the desired torsional vibration.

In F i g. 2 ist ein Wandler für ein Filter gemäß der Erfindung dargestellt. Der Wandler besteht aus zwei magnetostriktiven Ferritplatten 10 und 12, die mit den beiden Hauptflächen einer Metallplatte 11 fest verbunden sind. In der Verlängerung der Torsionsachse des Wandlers sind Stäbe 13 angebracht. Diese Stäbe dienen einerseits der Zuführung der Erregerspannung und andererseits der Halterung des Wandlers in einem Filterrahmen. Die gleichen Stäbe sind auch an den Resonatoren angebracht, wo sie ebenfalls der Halterung dienen. Außerdem zeigt die F i g. 2 einen Permanentmagneten 14, der der Erzeugung einer Vorpolarisation dient.In Fig. 2 shows a converter for a filter according to the invention. The transducer consists of two magnetostrictive ferrite plates 10 and 12, which with the two main surfaces of a metal plate 11 are firmly connected. In overtime Rods 13 are attached to the torsion axis of the transducer. These bars serve on the one hand the supply of the excitation voltage and on the other hand the holder of the converter in a filter frame. The same rods are also attached to the resonators, where they also serve as a holder. In addition, FIG. 2 a permanent magnet 14, which is used to generate a pre-polarization.

Claims

Claims: 1. Mechanical low frequency filter with too torsional vibrations excitable, preferably plate-shaped, with their main surfaces parallel to each other and resonators and transducers running perpendicular to the longitudinal axis of the filter are lower Torsional strength, the length of which is great against their mutual distance and the connected by wire-shaped or band-shaped coupling elements that can be excited to flexural vibrations are a combination of the following features: a) The coupling elements (7, 8) are designed as R / 4 couplers and run in a straight line; b) each coupling element connects one point of two different resonators (2 to 5) or a resonator (2, 5) and a transducer (1, 2) with each other, wherein the points connected by a coupling element (7, 8) on opposite sides the oscillation node plane of the resonators (2 to 5) or transducers (1, 2).

2. Filter according to claim 1, characterized in that the coupling elements (7) points on immediately adjacent resonators (2 to 5) or resonators (2 to 5) and Connect converters (1, 6).

3. Filter according to claim 1 and 2, characterized in that that the coupling elements (8) for generating attenuation poles in the filter characteristic Points on not immediately adjacent resonators (2 to 5) or resonators Connect (4) and converters (1, 6).

4. Filter according to one of claims 1 to 3, characterized characterized in that the holder of the resonators (2 to 5) and transducers (1, 6) in a common frame over in extension of the torsion axis of the transducer (1, 6) or the resonators (2 to 5) arranged rods (13) takes place. 5. Filter by one of claims 1 to 4, characterized in that the transducers (1, 6) each made of a metal plate covered on both sides with magnetostrictive ferrite plates (10, 12) (11) with rods (13) attached as an extension of the torsion axis to which the voltage to be filtered is supplied or the filtered voltage is tapped is, and that parallel to the torsion axis of the transducers (1, 6) each have a bar magnet (14) for generating a pre-polarization of the ferrite plates (10, 12) is located. Into consideration Drawn publications: German utility model No. 1859 717; U.S. Patent No. 2,753,524; "High Frequency Technology and Electroacoustics", Vol. 70, 1961, No.

5, p.166 up to 170; "The Journal of the Electrical Communication Engineers of Japan," Vol. 40, No. 1, p. 44 (January 1957).