DE1449898A1

DE1449898A1 - Abtastvorrichtung fuer schwache Magnetfelder

Info

Publication number: DE1449898A1
Application number: DE19641449898
Authority: DE
Inventors: Dunne Maurice J
Original assignee: Unimation Inc
Current assignee: Unimation Inc
Priority date: 1963-07-22
Filing date: 1964-07-22
Publication date: 1969-01-02
Also published as: US3293636A; DE1449898C3; GB1059170A; FR1398677A; DE1449898B2

Description

Die Erfindung betrifft eine Abtastvorrichtung zur Erzielung einer Anzeige hinsichtlich der Polarität von schwachen Magnetfeldern.

In vielen lallen ist es erwünscht, eine Abtastvorrichtung vorzusehen, die auf den Magnetfluss eines als Permanentmagnet ausgebildeten Bits oder eines sonstigen Magnetfeldes anspricht und ein Ausgangasignal erzeugt, welches von der Polarität des abgetasteten Magnetfeldes abhängt. Beispielsweise werden auf dem Gebiet der Segeltechnik und der elektronischen Rechenmaschinen !rommelspeicher verwendet, um Informationen in Form binärer Befehlszahlen od.dgl. zu speichern, die durch einen für jedes Bit der Befehlszahl vorgesehenen Abtastkopf auf-

1,09901/0633

genommen und weitergeleitet werden, der auf den magnetischen fluss dea Bits anspricht und ein Ausgangssignal erzeugt, das den binären Zahlen "O" oder ¹M" entspricht»

Die bisher für diese Zwecke entwickelten Abtastvorrichtungen weisen eine Reihe von Nachteilen auf. Beispielsweise benötigen einige von ihnen eine T/echselstromquelle zur Erregung, die sowohl hinsichtlich der Frequenz als auch hinsichtlich der Spannung in hohem Grade konstant gehalten werden muss. Darüber hinaus benötigen diese Abtastvorrichtungen eine besondere Gleichstromvorspannung, um zu erreichen, dass die Vorrichtung nur auf eine bestimmte Polarität anspricht; diese Gleichstromquelle muss ebenfalls in hohem Masse konstant gehalten werden. Ferner werden bei einem mit Wechselstrom erregten Abtastkopf die Wicklungen meist in einer \7echselstrom-Brückenschaltung verwendet, bei der die Wicklungen und die Kernteile ausserordentlich genau abgeglichen sein müssen, um einen Gleichgewichtszustand zu erzielen, der der binären Zahl "0" entspricht.

Bei den bisher bekannten Abtastvorrichtungen war es ausserdem erforderlich, das magnetische Bit während der gesamten für die Übertragung der binären Codezahl erforderlichen Zeitspanne gegenüber dem Abtastkopf stillstehend zu halten. Wenn ein solcher Abtastkopf bei einem Trommelspeicher dazu

— 3 —

809901/0633

benutzt wird, die Bewegung eines beweglichen Gliedes in eine Mehrzahl von Stellungen entsprechend den in Form magnetischer Bits am Umfang der Trommel gespeicherten Befehlszahlen zu steuern, ist es daher erforderlich, die Trommel stillstehen zu lassen, bis das bewegliche Glied sich in die gewünschte Stellung bewegt hat, bevor die Trommel in eine Stellung gebracht werden kann, die der nächsten Befehlszahl entspricht. Dies bedeutet, dass das bewegliche Glied zu einem vollkommenen Stillstand kommen muss, bevor die Trommel in die Stellung bewegt werden kann^ die der folgenden Befehlszahl entspricht.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Abtastvorrichtung für magnetische Bits zu schaffen, die die Nachteile der bekannten Vorrichtungen vermeidet, die eine sichere Anzeige gewährleistet, die von einer ungeregelten Gleichstromquelle gespeist werden kann, die auf magnetische Felder sehr geringer Stärke anspricht, und die darüber hinaus imstande ist, das Signal eines magnetischen Feldes einer bestimmten Polarität gespeichert zu halten, nachdem das magnetische Feld den Abtastkopf verlassen hat, so dass diese Information bei einem mit Befefalsasatn en arbeitenden Steuersystem benutzt werden kann» vm eine im «fesentlichen kontinuierliche Bewegung des gesteuertes ©lieäea zu erhalten. Die Vorrichtung soll dabei derart aasgeMiae* sein, dass die Abtastung nur während! der Datier e±a«s tie stimmten Steuerimpulses erfolgt, und dass die

abgetastete Information bis zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses gespeichert wird.

öemäss weiterer Ausbildung der Erfindung soll eine Abtastvorrichtung geschaffen werden, die imstande ist, eine analoge Anzeige in eine digitale Anzeige umzuwandeln, die in einfacher und billiger Weise hergestellt werden kann, und die ein zuverlässiges digitales Ausgangssignal abgibt, welches der Bewegung eines Analoggliedes entspricht.

Das Wesen der Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung und den Ansprüchen hervor.

Kurz gesagt ist gemäss einer bevorzugten Ausbildung der Erfindung ein magnetisch gekoppelter Oszillator vorgesehen, dessen Kern zwei symmetrisch angeordnete Kernteile oder Schenkel enthält, deren jeder eine Riickkoppelungsspule trägt. Diese Rückkoppelungsspulen sind bei entgegengesetzter Polung in Reihe geschaltet, so dass normalerweise eine Oszillation des Oszillators verhindert wird. Wird jedoch ein äusseres Magnetfeld einer bestimmten Polarität in die Nähe der Schenkel gebracht, so wird der Magnetfluss derart verändert, dass das äussere Magnetfeld die Wirkung der einen Rückkoppelungswicklung verstärkt und die der anderen verringert. Wenn das äussere Magnetfeld eine vorherbestimmte Polarität hat, wird daher die Wirkung derjenigen Wicklung unterstützt, die eine positive

— 5 _

ο η η ό ο f I r\ f η ή

Bückkoppelung erzeugt, was zur Folge hat, dass der Oszillator zu schwingen "beginnt. Hat das äussere Magnetfeld dagegen die entgegengesetzte Polarität, so wird der Arbeitspunkt weiter in Sichtung der Nichtleitung verschoben, so dass ein Schwingen des Oszillators mit Sicherheit verhindert wird· Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung kann ein .Vorspannungseffekt dadurch erzielt werden, dass entweder ungleiche Eückkoppelungswicklungen verwendet werden, oder dass eine besondere Vorspannungswicklung derart vorgesehen wird, dass ein äusseres Magnetfeld einer vorherbestimmten Polarität, welches die Wirkung der positiven Eückkoppelungsspule verstärkt, eine bestimmte Stärke haben muss, um die gegebene Vorspannung zu überwinden und den Oszillator ins Schwingen zu bringen.

Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Gedächtnisanordnung derart vorgesehen, dass die Abtastvorrichtung in Verbindung mit einem Trommelspeicher verwendet werden kann» Hierbei sind Einrichtungen vorgesehen, die es gestatten, dass die Abtastvorrichtung nur während der Dauer eines bestimmten Steuerimpulses auf ein dargebotenes Magnetfeld anspricht, und dass die dabei abgetastete Information gespeichert wird, bis der nächste Steuerimpuls auftritt.

Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung ist ein Konverter zur umwandlung einer analogen Anzeige in eine digitale Anzeige

809901/0633

vorgesehen, der für den magnetisch, gekoppelten Oszillator einen E-förmigen Kern und eine Zahnradanordnung verwendet, bei der entgegengesetzt gepolte Zähne entsprechend der Bewegung des Inaloggliedes gegenüber dem äusseren Schenkel des E-förmig ausgebildeten Kerns rotieren, so dass der magnetisch gekoppelte Oszillator dadurch abwechselnd leitend und nichtleitend gemacht wird und ein digitales Ausgangssignal erzeugt, welches der Bewegung des Analoggliedes entspricht.

Bachstehend werden einige Ausführungsbeispiele der Erfindung anhand der Zeichnung beschrieben.

Pig. 1 ist ein Schaltschema einer bevorzugten Ausführungsform einer Abtastvorrichtung nach der Erfindung.

Pig. 2 ist ein Grundriss einer ausgeführten Abtastvorrichtung nach Mg. 1.

Pig. 3 ist ein Querschnitt durch die Hittellinie der Vorrichtung nach Pig. 2.

Pig. 4 ist eine Endansicht, von links der Pig. 2 gesehen.

Pig. 5 ist eine teilweise Darstellung einer abgeänderten Aueführungsform der Vorrichtung nach Pig« 1.

Pig· 6 zeigt eine weitere Abänderung der Vorrichtung nach Pig. 1, wobei Einrichtungen vorgesehen sind, um die abgetastete Information zu speichern.

809901/0633

· 7 ist eine schematische Darstellung einer Einrichtung zur Umwandlung einer analogen Bewegung in ein digitales Signal.

Pig. 7A ist eine Seildarstellung, die der Mg. 7 entspricht und das Analogglied in einer anderen Stellung zeigt.

Pig. 8 ist eine schematische Teildarstellung einer weiter abgeänderten Ausführungsform nach der Erfindung.

Pig. 9 ist eine perspektivische Teildarstellung einer weiteren Ausführungsform der Erfindung, bei der aufeinanderfolgende Magnetfelder in einem Hagnetband enthalten sind.

Pig. 10 ist eine teilweise Vorderansicht der Vorrichtung nach Pig. 9.

Die in Pig. 1 dargestellte Abtastvorrichtung enthält einen im wesentlichen U-förmigen Kern, der mit dem allgemeinen Bezugszeichen 10 bezeichnet ist. Er enthält zwei symmetrische Schenkel 11 und 12, auf denen die Wicklungen 13, 14, 15 und angeordnet sind. Die unteren Enden der Schenkel 11 und 12 sind im Abstand voneinander angeordnet, so dass ein Luftspalt 18 entsteht. Die Abtastvorrichtung ist derart ausgebildet, dass ein oder mehrere magnetische Pelder mit den Polschuhen 19 und 20 der Schenkel 11 und 12 zur magnetischen Koppelung gebracht werden können. Zu diesem Zweck ist eine drehbare !Trommel angeordnet, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 24 bezeichnet ist.

809901/0633

Die Trommel kann aus nichtmagnetischem Material bestehen. Sie hat eine Mehrzahl von Nuten oder Einschnitten 26, in denen eine Mehrzahl von magnetischen Bits 28 angeordnet ist, die durch entsprechende Drehung der Trommel 24 unter die Spitzen oder Polschuhe 19 und 20 gebracht werden können. Diese' Bits weisen eine hohe magnetische Haltekraft aufj sie sind in. an sich bekannter Weise in der einen oder anderen Polarität magnetisiert, so dass sie entweder die binäre Zahl "1" oder die binäre Zahl "O¹¹ darstellen» Das magnetische Bit 28 beispielsweise hat einen Nordpol gegenüber der Spitze 20 und einen Südpol gegenüber der Spitze 19· Das nächste Bit 29 hat, wenn es unter die Spitzen 19 und 20 gebracht wird, die entgegengesetzte Polarität, so dass der Nordpol unter der Spitze 19 und der Südpol unter der Spitze 20 liegt. Es versteht sich, dass für jedes der in einer axialen Nut 26 liegenden Bits ein besonderer Abtastkopf vorgesehen ist, so dass die Bits einer Reihe, die eine binäre Befehlszahl darstellen, gleichzeitig abgetastet werden.

Die Wicklungen des Kerns 10 sind in einer Transistorschaltung angeordnet, welche Ähnlichkeit mit der üblichen Schaltung eines magnetisch gekoppelten Oszillators hat. Gemäss einem wesentlichen Merkmal der Erfindung sind jedoch zwei Rückkoppelungswicklungen vorgesehen, die unter entgegengesetzter. Polung in Reihe geschaltet und symmetrisch abgeglichen sind,

• - 9 -

809901/0633

·- 9 "■

so dass bei Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes kein Schwingen des Oszillators e.intritt. Im einzelnen ist die Anordnung derart, dass ein Transistor 34 vorgesehen ist, bei •dem dargestellten Ausführungsbeispiel ein P-N-P-Transistör, dessen Emitter an Erde gelegt und dessen Kollektor mit dem oberen Ende der Wicklung 15 verbunden ist. Das untere Ende der Wicklung 15 ist mit dem oberen Ende der Wicklung 13 verbunden; das untere Ende der Wicklung 13 ist über einen Widerstand 36 mit der Minusklemme der 18-Volt-Batterie verbunden.

Die Wicklungen 14 und 16 stellen Rückkoppelungs- oder Rückführungswicklungen des magnetisch gekoppelten Oszillators darj das obere Ende der Wicklung 14 ist an Erde gelegt. Das untere Ende der Wicklung 14 ist mit dem unteren Ende der Wicklung 16 verbunden; das obere Ende der Wicklung 16 ist über einen Entkoppelungskondensator 38 mit der Basis des Transistors 34 verbunden. Ein Spannungsteiler, der die Widerstände 40 und 42 enthält, ist zwischen den Widerstand 36 und Erde gelegt. Die Verbindungsstelle der Widerstände 40 und ist mit der Basis des Transistors 34 verbunden. Die Werte der Widerstände "40 und 42 sind derart gewählt, dass der Transistor 34 normalerweise nichtleitend ist, dass jedoch eine geringe Änderung der Basisspannung nach einer bestimmten Richtung ein Schwingen der Schaltung bewirkt. Die Spannungsteilerschaltung mit den Widerständen 40 und 42 ist derart ausgebildet,

- 10 -

809901/0633

- ίο -

dass sich eine Kompensation bei -verschiedenen Raumtemperaturen ergibt, da der durch den Transistor 34 aufgenommene Reststrom sich mit der Temperatur ändert, wodurch auch die Vorspannung des Transistors 34 geändert wird, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich« Wenn der Reststrom des Transistors grosser wird, steigt auch der Spannungsabfall am Widerstand 36 entsprechend und verringert die Vorspannung an der Basis des Transistors 34«

Es soll nun die Wirkungsweise der Abtastvorrichtung nach Fig. 1 betrachtet werden. Die Kollektorwicklungen 13 und 15 haben gleiche Windungszahlen; wie aus Fig. 1 zu ersehen, sind die Wicklungen derart gewickelt, dass sie Magnetflüsse gleicher G-rösse, jedoch entgegengesetzter Richtung, in den Rückkoppelungs-. spulen 14 und 16 erzeugen Die Rückkoppelungsspulen 14 und 16 haben gleiche Windungszahlen, obwohl die Anzahl der Windungen in den Rückkoppelungsspulen 14 und 16 normalerweise geringer ist als die Anzahl der Windungen in den Kollektorwicklungen

13 und 15. In Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes heben sich daher die infolge des durch die Kollektorwicklungen 13 und 15 fliessenden Reststromes in den Rückkoppelungswicklungen

14 und 16 induzierten Spannungen auf, da die Wicklungen 14 und 16, entgegengesetzt gepolt, in Reihe geschaltet sind, so dass keine Spannung an die Basis des Transistors 34 gelegt wird, die den Arbeitspunkt in Richtung der Stromleitung verschiebt

- 11 -

809301/0633

und den Transistor zum Schwingen bringt. Wenn ein magnetisches Feld, beispielsweise das Feld des magnetischen Bits 28, in die Nähe der Polspitzen 19 und 20 kommt, erzeugt es in dem Kern 10 einen Magnetfluss, welcher dem durch die KollektorwicKlungen 13 und 15 erzeugten Fluss überlagert wird; der durch das äussere Magnetfeld 28 erzeugte fluss flieset in dem Schenkel 12 nach oben und in dem Schenkel 11 nach unten. Der in dem Schenkel 12 nach oben gerichtete Magnetfluss hat die gleiche Richtung wie der durch die Kollektorwicklung 15 erzeugte Magnetfluss, so dass die Rückkoppelungswicklung 16 eine höhere Sättigung erreicht und sich wie eine Wicklung mit einer geringeren Anzahl von Windungen verhält. Andererseits ist der durch das äussere Magnetfeld 28 in dem Schenkel 11 erzeugte Magnetfluss dem durch die Kollektorwicklung 13 erzeugten Magnetfluss entgegengesetzt, so dass dieser Schenkel weniger stark gesättigt wird und an der Rückkoppelungswicklung 14 ein grösserer Spannungsabfall auftritt. Die an den Enden der Wicklung H liegende Spannung übersteigt daher die Spannung an den Enden der Wicklung 16. Die in Pig. 1 eingetragene PunktdarBtellung zeigt folgendes: Wenn der Kollektorstrom in das mit einem Punkt bezeichnete Ende der Kollektorwicklung 15 einfliesst, flieset er auch in das mit einem Punkt bezeichnete Ende der Kollektorwicklung 13 ein, so dass durch Iransformatorwirkung ein induzierter Strom entsteht, der aus dem mit dem

- 12 -

Punkt beizeichneten Ende der Rückkoppelungswicklung 14 .herausfliesst. Wenn die Rückkoppelungswicklung 14 vorherrscht, wird daher Strom aus der Basis des Transistors 34 zur Erde fliessen, d.h. zu dem mit einem Punkt bezeichneten Ende der Rückkoppelungsspule 14, so dass eine positive Rückkoppelung erzeugt Wird, die einen höheren Kollektorstrom des Transistors 34 zur Folge hat. Diese Steigerung des Kollektorstromes ergibt eine zusätzliche Rückkoppelungsspannung, welche den Arbeitspunkt des Transistors 34 in Richtung auf erhöhten Kollektorstrom verschiebt. Diese Wirkung setzt sich fort, bis das magnetische Material des Kerns 10 die Sättigung erreicht hat. Sobald dies der ^aIl ist, steht keine nennenswerte Rückkoppelungsspannung mehr zur Verfugung. Wenn die Rückkoppelungsspannung zusammenbricht, ist jedoch die distributive Kapazität der Wicklungen des Kerns 10 aufgeladen und kehrt ihre Polarität um, so dass der Arbeitspunkt des Transistors 34 über den Punkt der Nichtlei tung hinaus verschoben wird, und dass gleichzeitig der Kern 10 in seinen ursprünglichen magnetischen Zustand zurückgeführt wird. Wenn die in der distributiven Kapazität der Wicklungen gespeicherte Energie verbraucht ist, wird der Transistor 34 wieder leitend, so dass eine kontinuierliche Oszillation.oder Schwingung erzeugt wird. Vorzugsweise hat das Material des Kerns 10 eine etwa rechteckige Hysteresisschleife, so dass am Kollektor des Transistors 34 eine im wesentlichen

- 13 -

809901/0633

rechteckige Oszillation erzeugt wird, wenn das magnetische Bit 28 in die Hähe des luftspaltes 18 des Kerns 10 gebracht wird. Es ist zu "beachten, dass die Kollektorwicklungen 13 und 15 derart angeordnet sind, dass der durch den Transistor fliessende Hestetrom in diesen Wicklungen entgegengesetzt j

gerichtete magnetische Felder erzeugt, deren Wirkung sich ;

aufhebt· Der durch die Wicklungen 13 und 15 fliessende Eeststrom erzeugt daher in jeden der Schenkel 11 und 12 einen nach oben gerichteten Fluss, so dass der resultierende Fluss gleich Hull ist, im Gegensatz zum resultierenden Magnetfluss, der entsteht, wenn ein magnetisches Feld sich den Polspitzen 19 und 20 nähert. Dies bedeutet, dass ein äusseres Magnetfeld geringer Stärke imstande ist, den Fluss in dem Kern derart zu ändern, dass eine Schwingung einsetzt. Ändert sich der durch den Transistor fliessende Reststrom, so wird kein resultierendes Hagnetfeld erzeugt, welches eine Schwingung in Gang setzt, da die Wirkungen der Spulen 13 und 15 sich aufheben. Ferner können kurzzeitig auftretende Ströme, wenn die Vorrichtung eingeschaltet wird oder wenn der Transistor 34 unter oder ausser Spannung gesetzt wird, nicht ein Einsetzen der Schwingungen bewirken, da die Wirkungen dieser Ströme sich ausgleichen und keinen resultierenden Magnetfluss erzeugen, der die 'Wicklung 14 unterstützt und ein Einsetzen der Schwingungen bev/irkt.

-H-

809901/0633

Bei dem beschriebenen Ausführungsb ei spiel werden die durch den Transistor 34 in der beschriebenen Weise erzeugten Schwingungen über einen Kondensator 50 weitergeleitet j eine Diode 52 wird dazu benutzt, um das durch den Kondensator 50 übertragene Beehteckwellensignal an den gemeinsamen Erdungspunkt anzuschliessen. Ein Widerstand 53 ist zwischen den Gleichrichter 52 und die Minusklemme der 18-Volt-Batterie gelegt, um diese Wirkung zu sichern. Ein Reihengleichrxchter 54 und ein Filterkondensator 56 sorgen dafür, dass eine gleichgerichtete Ausgangsspannung erhalten wird, die annähernd gleich dem Spitzenwert des durch den Oszillator 34 erzeugten Rechteckwellensignals ist. Das Gleichstrom-Ausgangssignal wird an die Basis eines Ausgangstransistors 60 angelegt, dessen Emitter an Erde gelegt ist, und dessen Kollektor über einen Belastungswiderstand 62 mit der Minusklemme der 18-Yolt-Batterie verbunden ist. Der !Transistor 60 ist normalerweise leitend« Wird jedoch an d.en Klemmen des Kondensators 56 eine gleichgerichtete positive Spannung erzeugt, so wird der Transistor 60 nichtleitend und sein Kollektorpotential wird stärker negativ. Dadurch wird an der Ausgangsklemme 64 ein Ausgangssignal erzeugt, wenn der Oszillator 34 in der beschriebenen Weise sohwingt. An der Klemme 64 wird daher stets dann ein negatives Signal erzeugt, wenn der Oszillator 34 in der beschriebenen Weise eine Schwingung erzeugte

- 15 -

809901/0 633

Es soll nun der Fall betrachtet werden, der eintritt, wenn ein magnetisches Bit der entgegengesetzten Polarität, beispielsweise das Bit 29, in die Nähe der Polspitzen 19 und 20 gebracht wird. In diesem Falle wird in dem Kern 10 ein Hagnetfluss erzeugt, der in dem Schenkel 11 nach oben und in dem Schenkel 12 nach unten gerichtet ist. In diesem Falle unterstützt der durch das magnetische Bit 29 erzeugte Fluss den durch die Kollektorwicklung 13 erzeugten Fluss im Schenkel 11, so dass die Eückkoppelungswicklung 14 gesättigt wird und sich wie eine Wicklung mit einer geringeren Windungszahl verhält. Andererseits wirkt der in dem Schenkel 12 nach unten gerichtete Fluss dem durch die Kollektorwicklung 15 erzeugten Fluss entgegen, so dass die Wicklung 16 nicht so stark gesättigt wird und daher einen vorherrschenden Einfluss hat. Wenn die Wicklung 16 einen vorherrschenden Einfluss hat, hat die resultierende Spannung zwischen der Basis des I_ransistors 34 und Erde die entgegengesetzte Polarität. Diese Spannung hat eine solche Richtung, dass der Arbeitspunkt des Transistors 34 weiter in das Gebiet der Lichtleitung verschoben wird, so dass das Entstehen von Schwingungen zwangsläufig verhindert wird. Das Bit 29, welches die binäre Zahl "O¹¹ darstellt, erzeugt daher einen Fluss, der die Wicklung 16 in ihrer Wirkung unterstätzt und daher eine zusätzliche Vorspannung erzeugt, die ein Schwingen des Transistors 34 verhindert. Die Anordnung der

- 16 -

Fig. 1 reagiert daher auf ein Magnetfeld der ungewünsehten Polarität dadurch, dass sie den Transistor noch stärker nichtleitend macht, statt auf dieses PeId überhaupt nicht zu reagieren.

Es versteht sich, dass die Stärke des durch die kleinen •magnetischen Bits 28, 29 usw. erzeugten Magnetfeldes ausserordentlich.gering ist, und dass es daher erforderlich ist, eine Anordnung vorzusehen, hei der die Flussdiehten in den Schenkeln 11 und 12 in Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes genau abgeglichen sind, so dass der Transistor 34 nicht ins Schwingen gerät, während gleichzeitig eine sehr geringe Ungleichheit des magnetischen Flusses infolge eines schwachen äusseren Magnetfeldes ein Schwingen des Transistors 34 einleitet. Um diese abgeglichene, symmetrische Ausbildung der Schenkel 11 und 12 zu erzielen, ist gemäss einem weiteren Merkmal der Erfindung der Kern 10 aus zwei gleichen Hälften zusammengesetzt, die in einer stumpfen Stossfuge 70 am oberen Querschenkel des Kerns 10 zusammenstossen. In der Mitte des Stosses 70 ist eine Bohrung 71 vorgesehen, die dazu dient, den beiden Kernhälften in einer Stützkonstruktion, wie weiter unten beschrieben, eine genau zueinander ausgerichtete lage zu geben. Durch den stumpfen Stoss 70 wird ein schmaler Luftspalt in der Grössenordnung von 0,01 bis 0,025 mm-zwisehen den beiden symmetrischen Schenkelteilen 11 und 12 des Kerns

■- 17 -

80990 1/0633

erhalten; die Flussdiehten in diesen Schenkeln sind abgeglichen, da die magnetische Mittellinie des Kerns mit der physischen Mittellinie zusammenfallen muss« Bei Anordnung des stumpfen Stosses 70 können daher die Kernhälften geringe Ungleichheiten aufweisen, die beim Stanzen oder aus anderen Gründen entstehen können, ohne dass die Äbgleichung der Plussdichten für die Rückkoppelungswicklungen 14 und 16 merkens¹-wert leidet, so dass der Arbeitspunkt des Transistors 34 sehr . nahe dem Punkt liegen kann, an welchem eine Schwingung auftritt, was zur Folge hat, dass die Abtastvorrichtung auf ein magnetisches Feld sehr geringer Stärke anspricht, wenn es die gewünschte Polarität hat. Das durch das magnetische Bit erzeugte äussere Magnetfeld muss natürlich den luftspalt 70 überwinden, so dass die Empfindlichkeit der Abtastvorrichtung etwas herabgesetzt wird. Der Luftspalt 70 kann fortgelassen werden, wenn bei dem Ausstanzen der Bleche für den Kern 10 äusserste Sorgfalt aufgewandt wird, um eine genaue Symmetrie zu erhalten, und wenn ausgewählte und abgeglichene Wicklungen verwendet werden, so dass die Rüekkoppelungswicklungen 14 und 16 in Abwesenheit eines äusseren magnetischen Feldes abgeglichen sind und sich in ihren Wirkungen aufheben. Der Vorteil des Luftspaltes beim stumpfen Stoss 70 liegt darin, dass bei der Herstellung der Kernbleche und der Wicklungen ausreichende HerBtellungstoleranzen verwendet werden können, und dass

- 18 -

809901/0633

trotzdem eine sehr empfindliche Abtastvorrichtung erhalten wird, die auf schwache Magnetfelder einer "bestimmten Polarität anspricht. In diesem Zusammenhang sei darauf hingewiesen, dass die Vorrichtung nach Pig. 1 keinerlei Wechselstromquelle benötigt, sondern nur die Gleichstromquelle von 18 Volt, die nicht besonders konstant gehalten werden muss.

In Fig. 2 bis 4 ist eine ausgeführte Vorrichtung nach Fig. 1 in IPorm eines Abtastkopfes dargestellt. Ein Gehäuse in 3?orm eines oben offenen Kastens aus Kunststoff hat zwei am Boden angeordnete Vorsprünge 81 und 82 (Fig. 2). Links davon (Fig. 3) befindet sich eine Vertiefung 83 zur Aufnahme des Kerns 10 mit den Schenkeln 11 und 12, welche die Wicklungen 13» 14» 15 "und 16 tragen. Bin Führungsstift■85 wird verwendet, um die Kernhälften 11 und 12 an ihrem einen Ende zu zentrieren oder in ihrer Stellung derart festzulegen, dass der beschriebene stumpfe Stoss 70 entsteht. Ein schmaler Vorsprung 86 in der Mitte der Oberkante der linken (Fig. 3) Gehäusewand bestimmt die Stellung der Spitzen 19 und 20 der Kernteile 11 und 12. Die Kernteile selbst liegen auf der oberen Fläche eines Brückenteiles 88 zwischen den Vorsprüngen 81 und 82 auf, sowie auf der Oberkante der Wand 87 (Pig. 3)· Bei dieser Anordnung ergibt sich an dem stumpfen Stoss 70 der Fig« 2 ein luftspalt von etwa 0,01 bis 0,02 mm, obwohl

- 19 -

809901/0633

der Luftspalt in Fig. 2 übertrieben gross dargestellt ist· Die Ausleitungen der Spulen 13» 14, 15 und 16 sind durch die Aussparung des Brückenteils 88 hindurchgeführt und mit den entsprechenden Teilen verbunden, die auf einem Grundbrett 90 (Pig. 3) angeordnet sind. Das G-rundbrett 90 ist im rechten Teil (Fig. 3) des Gehäuses 80 angeordnet und enthält eine Reihe von Ausgangsklemmen 92, die über die Oberkante des Gehäuses 80 hinausragen. Die in Fig. 2 gezeigten Teile sind mit den gleichen Bezugszeicher vie in Figo 1 versehen.

Um zu erreichen, dass die Abtastvorrichtung nur auf ein einziges magnetisches Bit verhältnismässig kleiner Abmessungen anspricht und nicht durch magnetische Streufelder betätigt wird, ist eine Abschirmplatte 96 am linken Ende (Fig. 3) des Gehäuses 80 angeordnet. Die Abschirmplatte 96 hat eine längliche öffnung 98 (Fig. 4), in welche die Spitzen 19 und 20 der Schenkel des Kerns hineinragen. Die Abschirmplatte 96 besteht vorzugsweise aus Ku-Metall oder einem sonstigen magnetischen Abschirmmaterial. Sie wird durch eine Halteplatte 100 an ihrem Platz gehalten. Die Halteplatte 100 ist mit der

Weise/ Abscliirmplatte 96 in geeigneter], beispielsweise durch Schweissen, verbunden. Sie enthält zwei Randteile 102 (Fig. 2), die um die Seitenwand 87 des Gehäuses herumgebogen sein können, um die Platte 96 an ihrem Platz zu halten. Hachdem die einzelnen Teile in das Gehäuse 80 eingesetzt worden sind, wird dieses

- 20 -

80990 1/0 633

vollständig mit einer geeigneten Vergussmasse ausgefüllt, beispielsweise mit Epoxy-Harz od.dgl. Diese Vergussmasse umgibt alle in dem Gehäuse 80 befindlichen Teile und auch die Polspitzen 19 und 20 in der Öffnung 98 der Abschirmplatte 96, so dass am Abtastende des Gehäuses 80 eine glatte Fläche erhalten wird. Das Gehäuse 80 hat zwei Befestigungslöcher 104 (Pig. 2) und eine Führungsleiste 106 (Fig. 3 und 4) an seinem Boden, so dass die Abtasteinheit leicht und genau in einen Ablesekopf eingesetzt werden kann. Durch die Abschinaplatte 96 wird es ermöglicht, mehrere Abtastköpfe dicht beieinander anzuordnen« Ein magnetisches Bit, welches sich unter der Platte 96, jedoch nicht innerhalb der Öffnung 98, befindet, wird durch die Abschirmplatte 96 "kurzgeschlossen", so dass sein Feld nicht auf die Polspitzen 19 und 20 einwirkt.

Bei der Vorrichtung nach Fig. 1 sind die Rückkoppelungswicklungen 14 und 16 genau gegeneinander abgeglichen, so dass ein schwaches magnetisches Feld der gewünschten Polarität das Gleichgewicht der Wicklungen stören und dadurch bewirken kann, dass der Transistor 34 ins Schwingen gerät. Gemäss weiterer Ausbildung der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, durch welche bewirkt wird, dass der Oszillator 34 nicht zum Schwingen kommt, wenn das äussere Feld ausser der gewünschten Polarität nicht auch eine vorherbestimmte Mindeststärke hat. Zu diesem Zweck ist gemäss Fig. 5 eine zusätzliche V/icklung

- 21 -

809901/0633

120 vorgesehen, die am Querbalken des Kerns 10 angeordnet ist. Bas eine Ende der Wicklung 120 ist mit der Minusklemme der 18-Volt-Batterie verbunden; das andere Ende ist über einen variablen Widerstand 122 an Erde gelegt. Bei der Ausführungsform nach Mg. 5 hat die Wicklung 120 eine solche Richtung, dass sie einen Magnetfluss erzeugt, welcher dem durch ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität erzeugten Fluss entgegenwirkt, der normalerweise ein Schwingen erzeugen würde. Der durch die Wicklung 120 erzeugte Magnetfluss ist daher im Schenkel 11 nach oben und im Schenkel 12 nach unten gerichtet, so dass bei Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes die Wirkung der Wicklung 16 vorherrscht und verhindert, dass der Transistor 34 ins Schwingen gerät. Wenn ein äueseres Magnetfeld einer ausreichenden Stärke und einer gewünschten. Polarität, wie es dem magnetischen Bit 28 entspricht, in die Nähe der Polspitzen 19 und 20 gebracht wird, wird der durch die Wicklung 120 erzeugte Magnetfluss so weit überwunden, dass die Wirkung der Rückkoppelungswicklung 14 vorherrscht; da • diese Wicklung die gewünschte Polarität hat, welche Schwin-

gungen auslöst, wird der Transistor 34 ins Schwingen geraten. Der veränderliche Widerstand 122 kann derart eingestellt werden, dass der Transistor 34 auf ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Stärke anspricht. In diesem Zusammenhang ist zu beachten, dass bei der Ausführungsform nach fig· 5 keine

- 22 -

809901/0633

genaue Abgleichung zwisehen den Rückkoppelungswicklungen 14 und 16 erforderlich ist, und dass daher der stumpfe Stoss 70 gewünschtenfalls fortgelassen werden kann, da die Wicklung 120 selbst eine ungleichmässige Verteilung des Magnetflusses in den Schenkeln 11 und 12 des Kerns 10 hervorruft. Eine ungleichmässige Verteilung des Magnetflusses in den Schenkeln 11 und 12 kann auch dadurch erzielt werden, dass die Schenkel 11 und 12 verschiedene Querschnitte erhalten, oder dass Kollektorwicklungen 13 und 15 verwendet werden, die verschiedene Windungsζahleη haben. Die Rückkoppelungswicklungen 14 und 16 können auch ungleichmässig ausgebildet werden, um zu erreichen, dass das äussere Magnetfeld eine vorherbestimmte Stärke haben muss, um den Transistor 34 zum Schwingen zu bringen. Eine Anordnung, bei welcher ein unsymmetrischer Magnetfluss in dem Kern 10 erzeugt wird, ist von besonderer Bedeutung, wenn die äusseren Magnetfelder bestimmte digitale oder numerische Informationen darstellen. Dies ist"deswegen der Pail, weil die magnetischen Bits notwendigerweise einen bestimmten Abstand voneinander haben müssen, und weil während der Zeitspanne, in welcher sich kein magnetisches Bit gegenüber dem Kern befindet, die Erzeugung eines Ausgangssignals infolge eines magnetischen Streufeldes od.dgl. ein unerwünschtes Signal darstellen würde, welches als "Mehrdeutigkeit" bezeichnet wird. Bei Verwendung eines unabgeglxchenen Magnetflusses

- 23 -

809901/0633

jedoch, der den Transistor 34 in Abwesenheit eines äusseren Magnetfeldes nichtleitend hält, entspricht das Ausgangssignal der Vorrichtung stets der binären Zahl "0", und die Schaltung kann leicht derart ausgebildet sein, dass keine "Mehrdeutigkeiten" entstehen, was die Anordnung wesentlich, vereinfacht. Wenn die Plussdichten der Schenkel 11 und 12 derart ungleich sind, dass ^Γ~^Ώ den Transistor 34 nichtleitend zu machen suchen, muss natürlich ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität eine ausreißende Stärke haben, um diese Ungleichheit zu überwinden und die Wirkung der Wicklung 14 soweit zu unterstützen, dass die Schwingungen einsetzen.

In bestimmten Fällen ist es erwünscht, eine Anordnung vorzusehen, bei v/elcher die Abtastvorrichtung derart gesteuert wird, dass sie die Abtastung nur während der Dauer eines besonderen Steuerimpulses vornimmt, und dass sie die abgetastete Information bis zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses speichert. Wenn beispielsweise die Abtastvorrichtung in Verbindung mit einer Trommel, beispielsweise der Trommel 24_t dazu benutzt wird, eine Gruppe von Bits abzutasten, die eine • binäre Befehlszahl darstellt, ist es erwünscht, die Informationen bezüglich der Polaritäten der magnetischen Bits einer Reihe oder Hut 26 derart zu speichern, dass die Trommel in . ihre nächste Stellung gebracht werden kann, während das gesteuerte Glied in die durch die Befehlszahl bestimmte Stellung

- 24 -

809901/0633

- 24 -

gebracht wird. Pig· 6 zeigt eine Anordnung, bei der die Abtastvorrichtung nach der E_rfindung mit Einrichtungen versehen ist, die eine Abtastung nur während der Dauer eines besonderen Steuerimpulses ermöglichen, wobei die abgetastete

■ Information bis' zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses gespeichert wird. Gemäss Fig* 6 ist eine Flip-Flop-Sehaltung vorgesehen, die mit dem allgemeinen Bezugszeichen 130 bezeichnet ist, und die die Transistorstufen 132 und 134 enthält. Der Kollektor des Transistor 132 ist durch den Spannungsteiler 136» 138 mit der Basis des Transistors 134 verbunden, und der Kollektor des Transistors 134 ist durch den Spannungsteiler 140, 142 mit der Basis des Transistors 132 verbunden, so dass eine bekannte Flip-Flop-Schaltung entsteht. Die Emitter der Transistoren 132 und 134 sind an Erde gelegt; die Kollek-

. toren dieser Transistoren sind über die Belastungswiderstände 144 und 146 mit der Minusklemme der 18-Volt-Batterie verbunden. Die Schaltung 130 ist derart ausgebildet, dass die Stufe 132 normalerweise leitend ist. Zu diesem Zweck sind die Yiiderstände 150 und 152 derart zwischen die Minusklemme der 18-Volt-Batterie und die Basis des Transistors 132 gelegt, dass dieser Transistor normalerweise leitend ist.

Die Abtastvorrichtung der Fig. 6 ist ähnlich ausgebildet wie diejenige der Fig. 5, bei welcher der Kern 10 eine Wick- ■ lung 120 hat. Bei der Anordnung nach Fig. 6 wird die Wicklung

• - 25 -

809901/0633

120 jedoch nicht durch einen konstanten Strom erregt, sondern sie ist derart geschaltet, dass ihr Strom von dem leitenden Zustand der Flip-Flop-Schaltung 130 abhängt. Das eine Ende .der Wicklung 120 ist daher mit dem Kollektor des Transistors 132 verbunden, während ihr anderes Ende über den regelbaren Widerstand 122 mit dem Kollektor des Transistors 134 verbunden ist. Das oszillierende Ausgangssignal des Transistors 34 ist über einen Kondensator 50 mit einer Filterschaltung verbunden, welche den Gleichrichter 54 und den Kondensator 56 enthält. Das an der Verbindungsstelle der Teile 54 und 56 entstehende, gleichgerichtete Ausgangssignal ist jedoch mit der Verbindungsstelle der Widerstände 150 und 152 verbunden. Die KLip-Flop-Sehaltung 130 ist ferner derart ausgebildet, dass zusätzlich zu ihren beiden normalen Zuständen, bei denen entweder die Stufe 132 oder die Stufe 134 leitend ist, durch einen äusseren Steuerimpuls bewirkt werden kann, dass beide Stufen nichtleitend werden. Ein starker positiver Steuerimpuls, der auf die Klemme 160 gegeben wird, wird über die Widerstände 138 und 142 auf die Basen der Transistoren 134 und gegeben, so.dass diese beiden Transistoren während der Zeitspanne dieses positiven Steuerimpulses nichtleitend gemacht werden, und zwar unabhängig von den anderen Vorspannungspotentialen der Plip-Plop-Siiuf en.

- 26 -

809901/0633

Es soll jetzt die Arbeitsweise der Speicheranordnung nach Pig. 6 betrachtet werden« Während der Zeitspanne, in welcher ein positiver Steuerimpuls auf die Klemme 160 gegeben wird, werden beide Transistorstufen 132 und 134 der Schaltung 130 nichtleitend, so dass die Kollektoren dieser Transistoren das gleiche Potential erhalten, und dass kein Strom in der Wicklung 120 fliesst. In diesem Falle ist die Verteilung des magnetischen Flusses in dem Kern 10 die gleiche wie oben bei Besprechung der Ausführungsform nach Figo 1 beschrieben. Wenn ein magnetisches Bit der falschen Polarität, beispielsweise das Bit 29 der Figo 1, unter die Polspitzen 19 und 20 gebracht wird, ist die Wirkung der Wicklung 16 vorherrschend, so dass, wie in Verbindung mit Fig. 1 besehrieben, der Transistor 34 daran gehindert wird, zu schwingen. Wird jedoch ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität, beispielsweise das magnetische Bit 28 der Fig_e 1, in die Nähe der Polspitzen 19 und 20 gebracht, so gerät der Transistor 34 in der beschriebenen Weise ins Schwingen. Diese Schwingungen werden in der leiteranordnung 54 und 56 gleichgerichtet, so dass an den Klemmen des Kondensators 56 eine positive Spannung entsteht, welche die normalerweise durch die Verbindung des Widerstandes 150 mit der Minusklemme der 18-Volt-Batterie erzeugte negative Vorspannung überwindet. Wenn der positive Steuerimpuls an der Klemme 160 verschwindet und die normale Flip-Flop-

- 27 -

809901/0633

Wirkung wieder aufgenommen wird, wird daher eine positive Vorspannung auf die Basis des !Transistors 132 gegeben, so dass dieser nichtleitend wird, und dass die Flip-Flop-Sehaltung 130 in den Zustand gebracht wird, in welchen der Transistor 134 leitend ist. Wenn der Transistor 134 leitend und der Transistor.132 nichtleitend ist, fliesst durch die Wicklung 120 Strom in einer solchen Richtung, dass der dadurch erzeugte Magnetfluss in dem Schenkel 11 nach unten gerichtet ist und die Wirkung der Rückkoppelungswicklung 14 unterstützt, so dass die Wirkung dieser Wicklung vorherrscht und den Transistor 34 in schwingendem Zustand erhält. Darüber hinaus ist der Strom in der Y/icklung 120 gross genug, um den dadurch erzeugten Fluss, der die Wirkung der Wicklung 14 unterstützt, instand zu setzen, den Transistor 34 in schwingendem Zustand zu erhalten, nachdem das äussere Magnetfeld sich von den Polspitzen 19 und 20 entfernt hat, und auch dann, wenn ein äusseres Hagnetfeld der entgegengesetzten Polarität, beispielsweise das Bit 29, in die Nähe der Polspitzen 19 und 20 gebracht wird. Wenn ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität während des Zeitraumes des Steuerimpulses sich in » der llähe der Polspitzen befindet, setzt daher der Transistor 34 seine Schwingungen fort, nachdem das äussere Magnetfeld sichvon den Spitzen 19 und 20 entfernt hat. Diese.Schwingungen dauern bis zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses an. Während dieser Zeit hat das vom Kollektor des Transistors

- 28 -

80990 1/0633

abgeleitete Ausgangssignal einen positiven Wert.

Wenn andererseits während der Dauer des positiven Steuerimpulses kein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität unter die Polspitzen 19 und 20 gebracht wird, bewirkt die durch den Widerstand 150 erzeugte negative Vorspannung nach Aufhören des Steuerimpulses, dass die Transistorstufe 132 leitend wird, so dass die flip-flop-Schaltung 130 in einen Zustand gebracht wird, in welchem der Transistor 132 leitend und der !Transistor 134 nichtleitend ist. Bas am Kollektor des Transistors 134 erscheinende Ausgangssignal hat dann einen negativen Wert, da der Transistor 134 nichtleitend ist· In diesem Falle fliesst ein Strom der entgegengesetzten Eichtung durch die Wicklung 120 und erzeugt einen Fluss, der im Schenkel 12 nach unten gerichtet ist und die Wirkung der Eückkoppelungswicklung 16 unterstützt« Diese Vorspannung bleibt bestehen, bis der nächste Steuerimpuls auftritt% die Stärke des durch die Wicklung 120 erzeugten Magnetflusses ist so grosso dass die Wirkung der Sückkoppelungswicklung 16 vorherrscht und ein Schwingen des Transistors 34 auch dann verhindert wird, vreim ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität ₉ beispielsweise das Magnetfeld des Bits 28 der Pig, 1, während dieses Seitraumes unter die Polspitzen 19 und 20 gebracht wird« Mit anderen Wörtern Me Wicklung 120 ist derart ausgebildet, .dass sie eine Vormagnetisierung erzeugt,

·- 29 -

η η η η 1

/ U49898

- 29 -

die etwas mehr als. doppelt so gross ist wie die eines der äusseren Magnetfelder, die durch die magnetischen Bits 28, 29 usw. erzeugt werden.

Aus dem Torstehenden geht hervor, dass die Anordnung nach Pig. 6 während der Sauer eines positiven Steuerimpulses ein positives Ausgangssignal an der Ausgangsklemme 162 er-» zeugt, wenn ein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität während der Dauer des Steuerimpulses auf die Abtastvorrichtung einwirkt; dieses positive Ausgangssignal an der Klemme 162 bleibt bis zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses bestehen· Wenn jedoch andererseits kein äusseres Magnetfeld der gewünschten Polarität während der Dauer des positiven Steuerimpulses auf die Abtastvorrichtung einwirkt, wird an der Hemme 162 ein negatives Ausgangssignal erzeugt; dieses negative Ausgangssignal bleibt bis zum Auftreten des nächsten Steuerimpulses bestehen. Zwischen dem Auftreten der Steuerimpulse reagiert die Vorrichtung nicht auf äussere Magnetfelder der einen oder der anderen Polarität. Das Vorhandensein und die Polarität des abgetasteten Magnetfeldes wird daher durch die Anordnung nach Fig. 6 von einem Steuerimpuls bis zum nächsten gespeichert. Is versteht sich, dass für jede der Ziffern (d.h. der magnetischen Bits) der numerischen Information einer der Nuten der Trommel 24 eine Schaltung nach Fig. 6 vorgesehen sein kann. Alle diese Schaltungen

- 30 -

809901/0633

können durch gemeinsame Steuerimpulse gesteuert werden, die an die Klemme 160 einer jeden Schaltung angelegt werden. Es versteht sich daher, dass durch entsprechende zeitliche Bemessung des Auftretens der auf die Klemmen 160 gegebenen Steuerimpulse eine bestimmte horizontale linie der Trommel 24 abgetastet und die Information gespeichert werden kann. Die Linien der numerischen Informationen der Trommel können daher durch entsprechende zeitliche Bemessung der Steuerimpulse in jeder gewünschten Reihenfolge abgetastet werden, wobei man nicht auf die Reihenfolge dieser Linien am Umfang der Trommel beschränkt ist. Der Zeitpunkt des Auftretens der Steuerimpulse kann in an sich bekannter Weise durch Einrichtungen bestimmt werden, die mit der Trommelbewegung synchronisiert sind, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich. Hierdurch wird erreicht, dass eine bestimmte horizontale Linie der auf der Trommel gespeicherten Informationen abgetastet wird. Gleichzeitig wird die auf einer bestimmten Linie der Trommel abgetastete Information in den Plip-IPlop-Sehaltungen 130 gespeichert, bis der nächste Steuerimpuls auftritt, so dass diese Informationen in jeder gewünschten Weise weiterverarbeitet werden können, während die Trommel sich in ihre nächste Abtastetellung bewegt«

Die Abtastvorrichtung nach ]?ig. 1 kann auch in Verbindung mit'einem Konverter, der ein analoges Signal in ein digitales

- 31 -

809901/0633

U49898

Signal umwandelt, benutzt werden, um ein digitales Signal zu erhalten, welches einer analogen Bewegung eines "bestimmten Gliedes entspricht. Eine solche Anordnung ist in Pig· 7 dargestellt· Hierbei ist der Kern der Abtastvorrichtung etwas andeiB ausgebildet als in Pig. 1. Wie aus Pig. 7 zu ersehen, ist der mit dem allgemeinen Bezugszeichen 170 bezeichnete Kern E-förmig ausgebildet; der Mittelschenkel dee Kerns 170 trägt eine Kollektorwicklung 172· Zwei Rückkoppelungswicklungen 174 und 176 sind auf den äusseren Schenkeln des Kerns 170 angeordnet und von Erde über den Kondensator 38 an die Basis des Transistors 34 gelegt. Die Anordnung zur Temperaturkompensation mit den Widerständen 40 und 42 wurde bei der Ausführungsform nach Fig· 7 beibehalten; das obere Ende der Kollektorwicklung 172 ist mit dem Kollektor des Transistors 34 verbunden· Das untere Ende der Wicklung 172 ist mit dem Widerstand 36 verbunden. Der Rest der Schaltung nach Fig. 7 ist ähnlich derjenigen nach Pig. 1, so dass die Klemme 64 ein negatives Signal erhält, wenn der Traneistor

schwingt.

Bei der Anordnung nach Pig. 7 ist die Bewegung, die in ein digitales Signal umgewandelt werden soll, diejenige einer Eingangswelle 180. Diese Welle trägt eine mittlere Scheibe 182 und zwei äussere Scheiben 184 und 186; diese Scheiben sind mit der Welle 180 fest verbunden. Zwischen diesen Scheiben

- 32 -

809901/0833

sind zwei Permanentmagnete 188 und 190 angeordnet, die gemäss der Darstellung der Mg. 7 gepolt sind· Der Magnet 188 hat eine solche Polarität, dass neben der mittleren Scheibe 182 ein Südpol, und neben der äusseren Scheibe 186 ein Nordpol liegt. Der Magnet 19o hat eine solche Polarität, dass •neben der mittleren Scheibe 182 ein Südpol und neben der äusseren Scheibe 184 ein Nordpol liegt. Der Umfang der mittleren Scheibe 182 ist kreisförmig und befindet sich dicht gegenüber dem mittleren Schenkel des Kerns 170. Die äussere Scheibe 184 ist gezahnt und enthält eine Mehrzahl von Zähnen 184a, deren Aussenflächen sich dicht gegenüber dem rechten Schenkel (Pig. 7) des Kerns befinden. Ebenso hat die Scheibe 186 eine Mehrzahl von Zähnen 186a, deren Aussenflächen sich dicht gegenüber dem linken Schenkel (Mg. 7) des Kerns 170 befinden· Die Zähne 186a der Scheibe 186 sind jedoch gegenüber den Zähnen 184a der Scheibe 184 versetzt, so dass diese Zähne abwechselnd in die Nähe der äusseren Schenkel des Kerns 170 gelangen. Wenn die Welle 180 sich in der Stellung der Mg. 7 befindet, liegt daher einer der Zähne 184a gegenüber dem rechten Schenkel des Kerns 170, während bei der Stellung der Welle 180 gemäss Mg. 7A einer der Zähne 186a der Scheibe 186 gegenüber dem linken Schenkel des Kerns 170 liegt. Die beschriebene Anordnung kann leicht und mit geringen Kosten hergestellt werden, da die Scheiben 182, 184 und 186 ausge-

. - 33 -

1 /Q633_;!

stanze Glieder sein können, und da die Magnete 188 und 190 einfache, scheibenförmige-Gebilde sind, für deren Herstellung keine engen !oleranzen erforderlich sind.

Wenn die Welle .180 aus ihrer Ruhestellung verdreht wird, wird zunächst ein grösseres Magnetfeld an den Mittelschenkel und einen Aussenschenkel des Kerns 170 angelegt, welches derart gerichtet ist, dass es eine Schwingung des Transistors 34 erzeugt, und danach ein äusseres Magnetfeld an den Mittelschenkel und den anderen Aussenschenkel des Kerns 170 angelegt, welches eine derartige Richtung hat, dass der Transistor 34 nichtleitend gemacht wird. Die Wicklungen des Kerns 170 sind derart angeordnet, dass der durch die Kollektorwicklung 172 fliessende Eeststrom einen Magnetfluss erzeugt, der in den beiden Aussenschenkeln des Kerns 170 nach unten gerichtet ist. Wenn die Welle 180 sich in der Stellung der Fig. 7 befindet, wird das äussere Magnetfeld durch die mittlere Scheibe 182, den Magneten 190 und die äussere Scheibe 184 bestimmt. Der Südpol dieses Feldes wird durch die Scheibe ι 182 bestimmt, die sich gegenüber dem Mittelschenkel des Kerns 170 befindet, und der ITordpol durch einen der Zähne 184a der Scheibe 184, der sieh gegenüber dem rechten Schenkel des Kerns 170 befindet. Der Fluss dieses äusseren Magnetfeldes ist im rechten Schenkel (3?ig. 7) des Kerns 170 nach oben gerichtet

- 34 _

809901/0633

und wirkt dem Magnetfluss der Kollektorwicklung 172 entgegen, 80: dass die Bückkoppelungswicklung 174 den Kern nicht sättigt· In dem magnetischen Kreis, der den Mittelschenkel und den rechten Schenkel (Mg· 7) des Kerns 170 enthält, befinden sich nur die kleinen Luftspalte zwischen dem Umfang der Scheibe 182 und dem Mittelschenkel des Kerns sowie zwischen dem Ende des Zahnes 184a und dem rechten Schenkel des Kerns· Dies bedeutet, dass die Kopplung zwischen der Kollektorwicklung 172 und der Rückkoppelungswicklung 174 gut ist, wenn die Welle 180 sich in der Stellung der lig- 7 befindet. Wenn die Welle 180 sich in dieser Stellung befindet, befindet der linke Schenkel des Kerns 170 sich gegenüber einem der Einschnitte der Scheibe 186, so dass der magnetische Kreis zwischen der Kollektorwicklung 172 und der Rückkoppelungswicklung 176 einen grossen luftspalt enthält. Dies bedeutet, dass die Koppelung zwischen den Wicklungen 172 und 176 gering ist. Die Polge dieser Faktoren ist, dass die Wirkung der Rückkoppelungsspule 174 vorherrscht. Da diese Spule eine negative Rückkoppelung erzeugt, wird ein Schwingen des Oszillators 34 ▼erhindert, wenn die Welle 180 sich in der Stellung der Fig. befindet.

Wird die felle 180 in die Stellung der Pig· 7A gebracht, ep wird ein äusseres Magnetfeld an den Mittelschenkel' und den

- 35 -

80990 1/0633

linken Schenkel des Kerns 170 angelegt, während sich gegenüber dem rechten Schenkel des Kerns eine Aussparung "befindet. Der Magnet 188 bewirkt daher, dass die mittlere Scheibe 182, die sich gegenüber dem Mittelschenkel des Kerns befindet, als Südpol wirkt, und dass einer der Zähne 186a der Scheibe 186 einen Nordpol an den linken Schenkel des Kerns anlegt· Dieses äussere Magnetfeld ersseugt einen Fluss, der im linken Schenkel des Kerns nach oben gerichtet ist und daher dem nach unten gerichteten Fluss entgegenwirkt, der in diesem Schenkel infolge des Reststromes durch die Kollektorwicklung 172 erzeugt wird· Darüber hinaus enthält der magnetische Kreis, in welchem die Wicklungen 172 und 176 angeordnet sind, nur die kleinen Luftspalte zwischen der mittleren Scheibe 182 und dem Mittelschenkel sowie zwischen dem Zahn 186a und dem linken äusseren Schenkel des Kerns. Andererseits hat der magnetische Kreis, der die Kollektorwicklung 172 und die RÜckkoppelungswickiung 174 enthält, infolge der Aussparung der Scheibe 184 einen grossen Luftspalt. Dies bedeutet, dass die Koppelung zwischen der KÖllektorwicklung 172 und der Rückkoppelungewickiung 176 gut ist, während die Koppelung zwischen der Kollektorwicklung 172 und der Rückkoppelungswicklung Ϊ74 gering ist. Da der Fluss des äusseren Magnetfeldes dem Kollektorfluss der Wicklung 176 entgegengesetzt ist, kann daher diese Wicklung den Kern nicht sättigen, so dass ihre Wirkung grosser

- 36 -

80990 1/0633

ist als die der EtlckkoppelungswiclElung 174· Die Rückkoppelungswicklung 176 erzeugt eine positive Siickkoppelung einer solchen Grosse, dass der Transistor 34 ins Schwingen gerät, wie weiter oben in Verbindung mit der Wirkung der positiven Rückkoppelungswicklung 14 (Mg. 1) beschrieben, wel.ehe den Transistor 34 zum Schwingen bringt. ' -

Wenn die Welle 180 sich dreht, kommt daher der Oszillator abwechselnd ins Schwingen, wenn einer der Zähne 186a sich gegenüber dem linken Sehenkel des Kerns befindet, oder eine Schwingung des Oszillators wird zwangsläufig verhindert, wenn einer der Zähne 184a sich gegenüber dem rechten Schenkel des Kerns 170 befindet. Die Schwingungen erfolgen Jeweils nach aufeinanderfolgenden Teilbewegungen der Welle 180 und repräsentieren in#ligitaler Form die Grosse der Bewegung der Welle 180. Bei der Anordnung nach Fig. 7 wird eine proportionale Drehbewegung in ein digitales Signal umgesetzt} es versteht sich, dass in gleicher ?feise auch eine lineare Bewegung in ein digitales Signal umgesetzt werden kann, wenn man statt der gezahnten Scheiben Zahnstangen verwendet, deren Zähne in ähnlicher Weise ausgebildet und magnetisiert sind, wie die Zähne 184a und 186a der Pig. 7. Bei der Anordnung nach Fig» 7 wird ein einziges Ausgangs signal erhalten, dessen Wert von der Grosse des Abstandes der Zähne 184a und 186a abhängt. Wenn es' erwünscht ist, ein mehrziffriges Ausgangssignal zu erhalten,

• _ 57 _ ■

80990 1/0633

welches in "binärer Form die G-rösse der Bewegung der Welle 180 darstellt, kann die Welle 180 mit einer Mehrzahl von Anordnungen nach Fig. 7 versehen sein, deren jede einen Kern und die zugehörige Schaltung enthält, wobei der Abstand und die Breite der Zähne einer jeden Anordnung doppelt so gross ist wie der Abstand der vorhergehenden Anordnung. Bei einer solchen Anordnung stellen die Ausgangssignale der verschiedenen Schaltungen verschiedene Ziffern einer mehrziffrigen binären Zahl dar, die einer bestimmten Bewegung der Welle 180 zugeordnet ist, wie für den Fachmann ohne weiteres verständlich. Es können auch andere Anordnungen mit anderen Zahngrössen und Abständen verwendet werden, um andere Ausgangssignale zu erhalten, welche die Bewegung der Welle 180 in anderen numerischen Codesystemen darstellen.

Die Anordnung nach Fig.. 7 ist derart, dass der Transistor 34 abwechselnd oszilliert und nicht oszilliert, wenn die Zähne 186a und 184a in die Nähe des Kerns 170 gebracht werden. Das Ausgangssignal an der Klemme 84 stellt daher, eine bestimmte Anzahl von Teilbewegungen der Y/elle 180 dar. Die Anordnung kann dadurch vereinfacht, werden, dass anstelle des E-förmigen Kerns 170 ein U-förmiger Kern verwendet wird, wobei die mit der Welle 180 verbundene Anordnung nur eine gezahnte Scheibe und eine ungezahnte Scheibe enthält, so dass nacheinander magnetische Felder der gleichen Polarität in die

- 38 -

809901/0633

Nähe des Kerns gebracht werden· Beispielsweise kann "bei der Anordnung nach Pig« 1 anstelle der !Erommel 24 eine Anordnung verwendet werden, welche die Scheibe 186, den Magneten 188 und die Scheibe 182 enthält. Bei dieser Anordnung würden sich die Zähne 186a der Scheibe 186 an der Polspitze 20 vorbeibewegen, und der Umfang der Scheibe 182 würde sich an der Polspitze 19 vorbeibewegen. Die Zähne der Scheibe 186 würden aufeinanderfolgende magnetische Felder darstellen, ähnlich wie bei aufeinanderfolgenden magnetischen Bits 28 der Fig. 1« Jeder der Zähne würde bewirken, dass der Transistor 34 ins Schwingen kommt, so dass an der Klemme 64 ein digitales Ausgangssignal erhalten wird, welches der Bewegung der welle 180 entspricht· Bei dieser Anordnung würde jedoch ein Kanteneffekt auftreten, wenn die Polspitze 20 sich gegenüber einem der Ausschnitte zwischen den Zähnen 186a befindet; dieser Kanteneffekt würde ebenfalls ein Schwingen des Transistors bewirken. In diesem Falle wird daher eine unsymmetrische Flussverteilung in dem Kern 10 bevorzugt, wie sie in Verbindung mit Fig. 5 beschrieben ist; hierdurch wird verhindert, dass das Kantenfeld ein Schwingen des Transistors 34 erzeugt. Auch kann die Dicke des Kerns 10 erheblich kleiner gemacht werden als die Breite der Zähne 186a, um den Kant'eneffekt weiter zu verringern, so dass Schwingungen nur infolge der durch die Zähne 186a erzeugten Felder hervorgerufen werden.

- 39 -

809901/0633

Bei der Ausführungsform nach Fig. 1 wird das äussere Magnetfeld durch das magnetische Bit 28 erzeugt, welches zum Zwecke der Abtastung unter die Polspitzen 19 und 20 gebracht wird. Obwohl diese Anordnung sehr brauchbar ist, kann eine etwas empfindlichere Anordnung dadurch erzielt werden, dass man die magnetischen Bits als vorspringende Zähne ausbildet, die in den luftspalt 18 (Pig. 1) zwischen den Polspitzen 19 und 20 eintreten. Eine solche Anordnung ist in Fig. 8 dargestellt. Hierbei sind die magnetischen Bits in Form von kleinen, in gewünschter Polarität magnet i si erbaren Zähnen ausgebildet, die über den Umfang der Trommel 201 hinausragen und bei Drehung der Trommel in den Luftspalt 18 eintreten können. Sie Zähne 200 bestehen vorzugsweise aus einem Material von hoher magnetischer Haltekraft und können in irgendeiner an sich bekannten Weise magnetisiert werden, so dass sie in dem Kern 10 einen magnetischen Fluss erzeugen, wenn der betreffende Zahn in den Luftspalt 18 eintritt. Beispielsweise kann der Zahn 2O4_f wie in der Zeichnung dargestellt, in der gewünschten Polarität magnetisiert sein, so dass er ein , Schwingen des Transistors 34 erzeugt, während der Zahn 206 die entgegengesetzte Polarität aufweist und ein Schwingen des Transistors verhindert. Bei der Anordnung nach Fig. 8 ist dex Verlust an Magnetfluss geringer, so dass die Empfindlichkeit der magnetischen Abtastvorrichtung erhöht wird. Die Abmessungen

- 40 -

809901/0B33

- 40 -

der-Zähne 200 müssen natürlich der. Breite des Luftspaltes ^ 18 und dem erforderlichen Spiel gegenüber dem Kern 10 entsprechen. Die Zähne 200 können beispielsweise einen quadratischen Querschnitt von etwa 0,5 mm Kantenlänge haben·

. In Fig· 9 und 10 ist eine weitere Abänderung dargestellt, bei welcher die verschiedenen äusseren Magnetfelder' durch entsprechend magnetisierte Teile eines Magnetbandes 210 dargestellt werden. Dieses Magnetband kann durch geeignete, in der Zeichnung nicht dargestellte, mechanische Einrichtungen derart bewegt werden, dass es durch den Luftspalt 18 zwischen den Polspitzen 19 und 20 des Kerns 10 hindurchgeführt wird. Das Magnetband hat eine Mehrzahl von magnetisiert en Stellen, die mit den Bezugszeichen 212 und 214 bezeichnet sindj diese magnetisierten Stellen können in der einen oder in der anderen Richtung gepolt sein, so dass in dem Kern 10 ein magnetischer Fluss der einen oder der anderen Richtung erzeugt wird. So ist in Pig· 10 beispielsweise eine magnetisierte Stelle in dem Luftspalt 18 dargestellt, die dem magnetischen Bit 28 der Fig· 1 entspricht und daher bewirkt, dass der Transistor 34 ins Schwingen gerät. Es versteht sich, dass eine magnetisierte Stelle der entgegengesetzten Polarität in der gleichen Weise wie das magnetische Bit 29 ein Schwingen des Transistors verhindert. Die Verwendung eines Magnetbandes bei der ■Ausführungsform nach Fig. 9 und 10 ermöglicht eine sehr enge Koppelung

- 41 -

809.Qn 1 /nfi33

zwischen dem äuseeren Magnetfeld und dem Kern 10, so dass sehr schwache Hagnetfelder abgetastet und zur Steuerung der Schwingung des Transistors 34 benutzt werden können, wie in Verbindung mit der Ausführungsform nach Fig. 1 beschrieben· Das Magnetband 210 kann beispielsweise eine Stärke von 0,025 mm haben; die Breite des Luftspaltee 18 braucht nur wenig grosser zu sein, so dass eine enge Koppelung des Magnetfeldes dieses Bandes mit dem Kern 10 erzielt wird.

809901/0633

Claims

München, den 22. Juli 1964

Patentansprüche

Abtastvorrichtung zur Erzielung einer Anzeige der Polarität von schwachen Magnetfeldern, enthaltend eine Mehrzahl von abzutastenden Magnetfeldern der einen oder anderen Polarität, einen magnetisch gekoppelten Oszillator mit einem magnetischen Kern und Einrichtungen zur Erzielung einer relativen Bewegung zwischen dem Kern und den Magnetfeldern derart, dass die Magnetfelder in einer gewünschten Reihenfolge zur magnetischen Koppelung mit dem Kern gebracht werden können, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (10) zwei symmetrisch ausgebildete Schenkelteile (11, 12) mit einer Ruckkoppelungswicklung (14» 16) auf jedem der Schenkel enthält, wobei diese Ruckkoppelungswicklungen (14, 16) entgegengesetzt gepolt in Reihe geschaltet derart im Steuerkreis (Baeiskreis) eines Transistors (34) des Oszillators angeordnet sind, dass der !Transistor nicht schwingt, wenn kein

809901/0633

äusseres Magnetfeld auf ihn einwirkt, dass er bei Einwirkung eines Magnetfeldes einer gewünschten Polarität (28) ins Schwingen gerät, und dass er bei Einwirkung eines äusseren Magnetfeldes der entgegengesetaten Polarität (29) nicht schwingt. .

2· Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen den beiden symmetrischen Kernhälften (11, 12) ein stumpfer Stoss (70) angeordnet ist, der in dem Kern einen kleinen Luftspalt zu dem Zweck bildet, die magnetische Abgleichung der beiden Kernhälften auch bei geringeren 3?ertigungstoleranzen zu gewährleisten.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass vor den Polspitzen (19» 20) des Kerns (10) eine Absohirmplatte (96) aus magnetischem Material angeordnet ist, die eine Aussparung (98) enthält, in welche die Polspitzen hineinragen.

4· Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3» dadurch gekennzeichnet, dass am Kern (10) eine Vorspannungswicklung ι (120, Fig. 5) angeordnet ist, die über einen Regelwiderstand (122) mit Strom gespeist wird und eine Vormagnetisierung des Kerns derart erzeugt, dass ein dargebotenes Magnetfeld (28) der gewünschten Polarität eine gewisse Mindeststärke haben

-♦-

809901/0633

muss, um ein Schwingen des Oszillators (34) zu erzeugen.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 "bis 4» dadurch gekennzeichnet, dass eine an sich bekannte, durch das Ausgangssignal des Oszillators (54) gesteuerte Hip-Hop-Schaltung- (130) mit zwei Transistorstufen (132, 134) vorgesehen ist, von denen die eine (f32) normalerweise leitend ist und in leitendem Zustand eine Vorspannungswicklung (12O₉ 2?ig. 6) derart mit Strom speist, dass der Oszillator (34) auch "bei Einwirkung eines Bits der einen oder anderen Polarität nicht ins Schwingen gerät.'

6. Vorrichtung nach Anspruch 5» dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspannungswieklung (120, Fig. 6) derart geschaltet ist, dass sie beim Schwingen des Oszillators (34)"in dem Kern (10) einen Fluss erzeugt, der den Oszillators in schwingendem Zustand erhält, gleichgültig ob ein äusseres Magnetfeld der einen oder der anderen Polarität oder kein Magnetfeld auf ihn einwirkt.

7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorspännungswicklung (120, JIg. 6), vorzugsweise unter Zwischenschaltung eines Regelwiderstandes (122), mit den Kollektoren der beiden Transistoren'(132, 134) der Plip-Flop-Schaltung (130) verbunden ist. ' '-■·*■

1 /0633 - ο λ .-..

■I if C -"> '.■ ..'

8. Vorrichtung nach Anspruch 5 "bis 7» dadurch gekennzeichnet, dass eine Klemme (160) zur Anlegung eines Steuerimpulses derart mit der Flip-Flop-Schaltung (130) verbunden

• ist, dass beim Auftreten eines Steuerimpulses beide Iransistorstufen (132, 134) nichtleitend gemacht werden, so dass in der Vorspannungswicklung (120) kein Strom flLesst, der Oszillator (34) daher bei Darbietung eines Hagnetfeldes der gewünschten Polarität ins Schwingen gerät und die normalerweise nichtleitende Stufe (134) der Flip-Flop-Schaltung leitend macht.

9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Klemme (160) unter Zwischenschaltung von Widerständen (138, 142) mit den Basen der beiden Iransistorstufen (132, 134) der Flip-Flop-Schaltung verbunden ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9» dadurch gekennzeichnet, dass gegenüber dem Kern ein mit magnetisierten Zähnen versehenes Analogglied angeordnet ist, welches

/ ₍ bei seiner Bewegung einen solchen Magnetfluss in dem Kern erzeugt, dass der Transistor (34) nach vorherbestimmten 3?eilbewegungen des Analoggliedes abwechselnd ins Schwingen gerät · und am Schwingen gehindert wird, "wodurch ein der Bewegung des Analoggliedes entsprechendes digitales Ausgangssignal erzielt wird.

809901/0633

ll. Vorrichtung nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass der Kern (170, Fig· 7) E-förmig ausgebildet ist, wobei gegenüber dem Mittelschenkel des Kerns eine kreisförmige, mit dem Analogglied (180) verbundene Scheibe (Ί82) und gegenüber den Aussenschenkeln des Kerns ebenfalls mit dem Analogglied verbundene, durch Permanentmagnete (188, 190) gegenüber der Mittelscheibe magnetisierte Aussenscheiben (186, 188) mit gegeneinander versetzten Zähnen derart vorgesehen sind, dass bei Bewegung des Analoggliedes (180) der iPransistor (34) abwechselnd ins Schwingen gerät und am Schwingen gehindert wird.

809901/0633