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Anordnung zur Feststellung einer Abweichung eines Körpers aus einer
vorgegebenen Lage in einem magnetischen Kraftfeld Die Erfindung bezieht sich auf
eine Anordnung zur Feststellung der Abweichung eines Körpers aus einer vorgegebenen
Lage in einem magnetischen Kraftfeld mit Hilfe einer aus vier Zweigen, in denen
Gleichrichterelemente liegen, bestehenden phasenempfindlichen Brückenschaltung.
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Bei verschiedenen Aufgaben, wie z. B. bei der automatischen Steuerung
von Fahrzeugen entlang einer Leitlinie, muß die Abweichung von dieser Leitlinie
festgestellt und korrigiert werden. Es ist bereits bekannt, zu diesem Zweck zwei
Abfragevorrichtungen mit Hall-Generatoren in Verbindung mit einer Leitlinie oder
eine solche Abfragevorrichtung in Verbindung mit zwei Leitlinien zu benutzen. Der
Aufwand ist jedoch noch verhältnismäßig groß und die Anlage dadurch störanfällig.
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Diese Nachteile werden durch die Anordnung zur Feststellung der Abweichung
eines Körpers aus einer vorgegebenen Lage in einem magnetischen Kraftfeld mit Hilfe
einer aus vier Zweigen, in denen Gleichrichterelemente liegen, bestehenden phasenempfindlichen
Brückenschaltung nach der Erfindung dadurch vermieden, daß in an sich bekannter
Weise an dem Körper zwei senkrecht zueinander angeordnete elektromagnetische Spulen
angebracht sind, in deren Wicklungen durch die Abweichbewegung je eine entsprechende
Spannung entsteht, und daß die in der einen Spule entstandene Spannung V1 induktiv
an die eine Diagonale der Brückenschaltung und die in der zweiten Spule entstandene
Spannung V2 induktiv an einen Punkt der zweiten Brückendiagonale sowie an eine Ausgangsklemme
gekoppelt sind und der andere Punkt der zweiten Diagonale mit der anderen Ausgangsklemme
verbunden ist, so daß am Ausgang eine Spannung entsteht, deren Größe von der Amplitude
der Spannung V1 und deren Polarität von der Richtung der Abweichung abhängt.
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Beim Anwendungsbeispiel, also bei der automatischen Steuerung von
Fahrzeugen entlang einer Leitlinie, kann mit Hilfe der Anordnung zur Feststellung
einer seitlichen Abweichung von der Richtung des Radius eines zylinderförmigen Kraftfeldes
und ihrer Korrektur, im folgenden kurz »Fühler« genannt, sowohl die Größe als auch
die Richtung der Abweichung von der senkrechten Ebene durch die Leitlinie festgestellt
und korrigiert werden. Der Fühler besteht aus zwei elektromagnetischen Spulen, von
denen die eine senkrecht und die andere waagerecht angeordnet sein kann. In der
senkrecht stehenden wird die Spannung V1 entstehen und in der waagerecht stehenden
die Spannung V2, wenn sie durch ein elektromagnetisches Kraftfeld hindurchgeführt
werden. Die Erfindung wird im folgenden an Hand der Zeichnungen näher erläutert.
In der F i g. 1 ist um den magnetischen Kern 1 eine Spule 2 gewickelt, deren Achse
in die x-Richtung zeigt. Wenn die Spule in einem magnetischen Feld mit der x-Richtung
liegt, dann kann die Größe der in der Spule entstehenden Spannung durch einen Vektor
AB ausgedrückt werden. Ein magnetisches Feld gleicher Stärke, das mit der
x-Richtung einen Winkel von 30° bildet, wird eine Spannung in der Spule 2 hervorrufen,
die durch den Vektor AC dargestellt werden kann. Ähnliches gilt für den Vektor
AD, der kürzer als die Vektoren AB bzw. AC ist, wenn der Winkel zwischen
dem magnetischen Feld und der x-Richtung 45° beträgt.
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Die Punkte A, B, C und D liegen auf dem Umfang eines
Kreises mit dem Durchmesser AB. Die Änderung der Spannung bei einer Änderung
des Winkels zwischen dem magnetischen Feld in bezug auf die x-Achse wächst mit der
Vergrößerung des Winkels der Abweichung. Die Änderung der Spannung ist klein für
relativ kleine Winkelabweichungen zwischen der Richtung des magnetischen Feldes
und der x-Richtung. Die Änderung der Spannung aber ist viel größer für entsprechende
Winkelabweichungen der Richtung des magnetischen Feldes von der y-Richtung. Diese
Tatsache wird in der vorliegenden Erfindung benutzt.
F i g. 2 zeigt
einen Fühler nach der Erfindung, der in einem zylinderförmigen magnetischen Feld
angeordnet ist, das durch eine Leitlinie 3 hervorgerufen wird. Die Leitlinie 3 kann
sich über, auf oder im Boden befinden. Wird der Fühler in ein Fahrzeug eingebaut,
das eine Einrichtung zur automatischen Steuerung besitzt, so kann das Fahrzeug mit
Hilfe dieser Einrichtungen dazu veranlaßt werden, einem durch die Leitlinie 3 vorgezeichneten
Weg zu folgen. Das von der Leitlinie 3 hervorgebrachte magnetische Feld hüllt diese
zylinderförmig ein und hat die in der Zeichnung angedeutete Richtung. Der Fühler
enthält zwei magnetische Kerne 4 und 5, die horizontal und vertikal
angeordnet sind und von Spulen 6 und 7 umgeben werden. Wenn die Achse der Spule
7 des Fühlers senkrecht über der Leitlinie 3 steht, wird die in der Spule erzeugte
Spannung V ein Maximalwert sein, solange die magnetische Komponente längs der Achse
der Spule 6 ein Maximum ist, während die in der Spule 7 entstehende Spannung V2
gleich Null ist, solange die Spule 7 keine Komponente längs ihrer Achse besitzt.
Wenn eine relative seitliche Abweichung zwischen der auf der Leitlinie 3 stehenden
Senkrechten und dem Fühler eintritt, so daß der Fühler nun in einer Lage N relativ
zu dem elektromagnetischen Feld der Leitlinie sich befindet, so tritt eine sehr
kleine Änderung in der Größe der Spannung V2 auf, es wird sich jedoch eine Spannung
V1 in der Spule 7 entwickeln. Wenn jedoch der Fühler von seiner ursprünglichen Lage
M abweicht, so wird auch in diesem Fall nur eine kleine Änderung der Spannung V2
in der Spule 6, aber eine größere Änderung der Spannung V1 in der Spule 7 festzustellen
sein. Die Polarität dieser Spannung ist jedoch die umgekehrte wie bei der Abweichung
des Fühlers in die Lage N. Um eine Anzeige über die Größe und Richtung der Abweichung
des Fühlers von seiner Ruhestellung zu erhalten, werden die Spannungen V1 und V2
einer Brückenschaltung zugeführt, wie sie in F i g. 3 dargestellt ist. Diese Brückenschaltung
ist aus vier Gleichrichterelementen 7, 8, 9 und 10 zusammengesetzt, die in der Weise
angeordnet und verbunden sind, wie in der F i g. 3 zu sehen ist. Wenn die beiden
Spannungen V1 und V2 der Brückenschaltung in der angegebenen Weise zugeführt werden,
wird als Ausgangsspannung an den Klemmen 12 und 13 eine solche in Form von einer
halbwegs gleichgerichteten Spannung erzeugt, deren Größe proportional der Amplitude
der Spannung V1 ist und deren Polarität von der Phase der Spannung V1 in bezug auf
die Spannung V2 abhängt. Die Amplitude der Spannung V1, die in der Spule 7 entsteht,
hängt von der seitlichen Abweichung des Fühlers von der Leitlinie 3 so ab, daß die
Größe der Ausgangsspannung der Größe der Abweichung proportional ist. Die Phase
der Spannung Vi kehrt sich mit der Abweichung des Fühlers auf verschiedene Seiten
von der Ruhelage so um, daß sie der verschiedenen Polarität der Ausgangsspannung
entspricht.
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Die in der Spule 6 entstehende Spannung V2 wird in einem nicht dargestellten
Verstärker von der Zuführung zu der Brückenschaltung in eine Rechteckform gebracht.
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Der Fühler ist auf die Frequenz des Signals, welches von der Leitlinie
des Lenkungssystems abgegeben wird, durch eine nicht gezeichnete Kapazität eingestellt.