DE1537140A1

DE1537140A1 - Schaltanordnung zur Erzeugung von Ausgangssignalen

Info

Publication number: DE1537140A1
Application number: DE19671537140
Authority: DE
Inventors: John Morton
Original assignee: General Electric Co PLC
Current assignee: General Electric Co PLC
Priority date: 1966-11-30
Filing date: 1967-11-29
Publication date: 1970-05-06
Also published as: US3519994A; GB1152257A

Description

^FDr.-«;\ "■" ,, . ^G1285 iHZ AQULAR

Jμίί

μα

-2. ΟΚΤ. 1969

The General Electric Company Ltd., London, W, 1., England

Schaltanordnungen zur Erzeugung von Ausgangssignalen

Die Erfindung betrifft Anordnungen zur Erzeugung von Ausgangs-Signalen, die in jedem Zeitaugenblick: die Anzahl von Stufen darstellen, von denen jede aus einer Zehntel Umdrehung besteht, so Aas3 angezeigt wird, dass sich ein bestimmter Bauteil, der sich um eine Achse drehen kann, von einer gegebenen Stellung aus weitergedreht hat.

Erfindungsgemäss enthält eine derartige Anordnung eine Anzahl von Permanentmagneten, die auf dem rotierenden Teil befestigt sind, so dass jeder auf der gleichen Kreisbahn fortbewegt wird, wenn dieser Bauteil sich drehtj ausserdem sind vier Spulen vor-

009819/1523

BAD ORIGINAL (Arv ⁷ * I^AbB·^{2 Nr}·^{1 Sat2 3 düe Än<itrunaefll1}*·^y·⁴·⁹'^:

1537HQ

gesehen, von denen sich jede auf einem Kern aus magnetischem Material befindet, und die alle in relativ festen Stellungen jeweils in der Nähe der Kreisbahn angeordnet sind, so dass die Permeabilität jedes Spulenkerns durch das Feld des Permanentmagneten immer dann momentan geändert wird, wenn einer der Permanentmagnete an dem Spulenkern vorbeibewegt wird, wenn der betreffende Bauteil rotiert. Dabei sind die Spulen und die Magnete derart in unterschiedlichen Zonen von J56° rund um die Kreisbahn angeordnet, sodass sich zehn verschiedene Kombinationen von Zuständen der Permeabilität des Spulenkerns während jeder vollständigen Umdrehung des Bauteils ergeben, und diese Kombination sich bei jeder Umdrehung der Scheibe o. dgl. wiederholen.

Dabei ist gefunden worden, dass es trotz der Tatsache, dass vier Spulenkerne normalerweise sechzehn verschiedene Arten oder Kombinationen von Permeabilitätszuständen annehmen würden, möglich ist, durch Anordnung einer Anzahl von Permanentmagneten in entsprechend gewählten Bereichen von 36° längs der Kreisbahn nur zehn Kombinationen hervorrufen, die sich in aufeinanderfolgenden Umdrehungen des rotierenden Teiles wiederholen. Durch Zusammenfassung der Spulen in elektrischen Stromkreisanordnungen, von denen jede dazu bestimmt ist, ein elektrisches Ausgangssignal zu erzeugen, dessen Stärke von der Höhe der Spuleninduktivitäten abhängt, die ihrerseits von dem Betrag der KernpermeabiIJbäten abhängen können, zehn verschiedene Kombinationen von Ausgangs-Signalen gewonnen werden, von denen jedes eine andere Winkelstellung des rotierenden Teils kennzeichnet.

009819/1523

1537UQ

- 3 - G 128?

Die elektrischen Stromkreisanordnungen können normalerweise Oszillatoren sein, deren Ausgangsamplitude, Frequenz oder Phase Ausgangsamplitude, -Frequenz oder -Phase so bemessen werden kann, dass sie mit Hilfe der Spuleninduktivitäten in dem Sinne gesteuert werden, dass die momentanen Änderungen eines dieser Parameter die Ausgangssignale hervorrufen. Solche Signale können dann bequem zum Zwecke der Decodierung der Signalkombinationen auf einen entfernten Punkt übertragen werden, um auf diese Weise die gewünschte Anzeige der Winkelstellung des drehbaren Teils an der entfernten Stelle zu bekommen.

In der nun folgenden Beschreibung soll die Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung im einzelnen näher erläutert werden.

In der Zeichnung sind:
Figur 1 ein erklärendes Merkmal der Anordnung nach Figur 3₉

Figur 2 die Kurve für den charakteristischen Verlauf der Permeabilität eines. Ferritwerkstoffes in Abhängigkeit van dem magnetischen Feld,

Figur 3 eine Anordnung für den Antrieb der in Figur 1 gezeigten Anordnung und

Figur 4 das Beispiel einer Schaltanordnung nach der Erfindung für die übertragung von Signalen, die eine Winkelstellung anzeigen, zu einer entfernten Stelle.

009819/1523 bad

I t ·

It I t » <

1537H0

- 4 - G 1283

In Pig. 1 ist.die drehbare Scheibe mit 17 bezeichnet, sie rotiert in einer kreisförmigen Ausnehmung in einer Platte 18, die ihrerseits vier Spulen trägt, die auf Toroidkerne aufgewickelt sind* Die Anordnungen aus Spule und Kern sollen im folgenden der Einfachheit halber als Spulen A, B, C und D bezeichnet werden. Sie stehen in elektrischer Verbindung mit den Klemmenpaaren 19* 20, 21 und 22 auf der Platte, die ihrerseits dem elektrischen Anschluss an eine Schaltanordnung aus Oszillator und Detektor dienen, die im folgenden noch näher beschrieben werden soll.

Die Spulen A, B, C, D sind am Umfang der Scheibe 17 angeordnet und bilden gegenüber der Scheibe insgesamt zehn Segmente zu Je 36°, denen vier benachbarte Segmente gegenüberliegen. Ein gebogener Ferritmagnet 25 ist auf der Platte 18 ausserhalb der Spulen befestigt; er dient zum Anlegen eines Vormagnetisierungsfeldes an jede einzelne Spule ( der Zweck des Vormgnetisierungsfeldes soll später noch näher beschrieben werden ) und zur Erzeugung der erforderlichen zehn Signal-Kombinationen in den Spulenausgängen. Die Scheibe 17 trägt an ihrem Umfang zwei gebogene Ferritmagnete, von denen der eine (24) sich über drei Segmente erstreckt, während der andere (25) sich über zwei Segmente erstreckt, die durch ein Segment aus dem Magnet 24 voneinander getrennt sind.

Im folgenden soll nun die Ausrichtung eines der Magnete 24 oder 25 mit einer Spule untersucht werden, wie sie beispielsweise der

009819/1523

- 5 - G 1285

Erzeugung eines binären Signals mit der Bedeutung "l" entspricht, und es soll ferner der Zustand der Abwesenheit beider Magnete, welcher der Bedeutung von "θ" entspriht, untersucht werden; hierauf sollen die aufeinanderfolgenden Stellungen für zehn Umdrehungen der Scheibe über jeweils J56° im entgegengesetzten Sinne des Uhrzeigers näher betrachtet werden, wobei, ausgehend von der dargestellten Stellung, die folgenden Kombinationen von Ausgangssignalen erzeugt werden.

Stellung	A	B	C	D
1	1	0	1	1
2	1	1	0	1
5	1	1	1	0
4	0	1	1	1
5	0	0	1	1
6	0	0	0	1
7	O	O	0	0
8	1	0	0	0
9	1	1	0	O
10	0	1	1	0

Selbstveratändlich können zahlreiche andere Anordnungen von Spulen mit Elsenkernen und mit Magneten zur Änderung der Permeabilität, die von der Scheibe getragen werden, zur Erreichung eines ähnlichen Resultats benutzt werden.

009819/1523

- 6 - G 128? '

Numeriert man also die einzelnen im Gegenzeigersinn aufeinanderfolgenden Segmente der Scheibe mit 1 bis 10 derart, dass die Spulen A, B, C, D den Segmenten 1 bis 4 gegenüberliegen, dann kann man ähnliche Resultate ( jedoch mit unterschiedlichen Kombinationen für "θ" bzw. "l" ) mit nur vier Magneten für die Permeabilitätsänderung erzielen, welche entweder die Segmente 10, 7» 6, 5 oder die Segmente 10, 8, 5, 4 besetzt halten. Wahlweise würden auch fünf Magnete zur Permeabilitätsänderung in den Segmenten 10,8, 7* 6, 5 ausreichen.

Die vier Spulen brauchen nioht notwendigerweise benachbarten Segmenten gegenüberzuliegen. So würden beispielsweise Spulen, die den Segmenten 10, 2, 3, 4 der Magnete zur Permeabilitätsänderung in den SegTsnten 1, 9» 8, ¹J und 5 gegenüberliegen, die erforderlichen zehn verschiedenen Codierungen liefern.

Auf ähnliche Weise würden Spulen, dieden Segmenten 3» 4, 6, 10 gegenüberliegen, mit den Magneten in den Segmenten 1, 3, 4, 5, 10 zusammenwirken oder es würden Spulen, die den Segmenten 1, 3, 5*7 gegenüberliegen, mit Magneten in den Segmenten 2, 3, 4, 6, 7, 8 zusammenwirken, und es lassen sich auch noch weitere geeigelte Kombinationen finden.

Der eigentliche Zweck des Vormagnetisierungsmagneten 23 besteht, kurz gesagt, darin, das Verhältnis von Maximum- zu Minimumwert des Parameters des Oszillatorausgangs zu steuern, wobei die

009819/1523 -

- 7 - . ö 1285

Änderungen in dem Oszillatorausgang zur Erzeugung der Signalimpulse dadurch so gross wie möglich gemacht werden, dass man eine grössere Änderung des Verhältnisses von Anfangswert au Endwert der Permeabilität der Spulenkerne unter der Wirkung der von der Scheibe 17 getragenen Magnete hervorruft.

Zu diesem Zweck macht die Erfindung Gebrauch von der physikalischen Tatsache, dass für die meisten magnetischen Werkstoffe, die sin zur Herstellung von Spulenkernen eignen, die charakteristische Kurve, welche die Abhängigkeit der Permeabilität ( Ordinate ) von der Stärke des äusseren magnetischen Feldes ( Abszisse ) von der Stärke eines äusseren magnetischen Feldes ( Abszisse ) zeigt, welches auf das Material einwirkt, einen ansteigenden Ast aufweist, der einer anfänglichen Zunahme der Permeabilität von dem Wert Null für das magnetische Feld entspricht, worauf ein sferk abfallender Ast folgt, entsprechend dem allmählichen Abfall des Sättigungsfeldes auf den Wert Null.

Ein typisches Beispiel einer Permeabilitätskurve für einen Ferritwerkstoff ist in Fig. 2 der Zeichnung wiedergegeben; die Ordinaten stellen die Permeabilitätswerte und die Abszissen die Werte des von aussen einwirkenden Magnetfeldes bei einem willkürlich gewählten gleichförmigen Masstab dar.

Aus dieser Kurve ersieht man, dass bei einer Änderung des äusseren magnetischen Feldes von dem Wert Null auf den Wert A die Änderung der Permeabilität von 12 auf 6 vor sich geht, d.h.

009819/1523

BAD ORIGINAL

ti I 1 i

t Il ι ! ι I

1537HQ

- 8 - O 1283

im Verhältnis von 12/6 β 2, während bei einer anschliessenden Zunahme des magnetischen Feldes von dem Wert A zu dem Wert B die Änderung der Permeabilität von dem Wert 6 auf den Wert 0,5 erfolgt, d.h. im Verhältnis von 6/0,5 »12,

Man sieht also, dass man eine grossere Änderung des Verhältnisses von Anfangswert zu Endwert der Permeabilität durch ein von aussen angelegtes magnetisches Feld erzeugen kann, wenn andauernd ein "Vorspannfeld" ( Vormagnetisierungsfeld ) auf das Material einwirkt, derart, dass der Arbeitspunkt auf der Permeabilitätskurve am Anfang ( entsprechend dem gänzlichen Fehlen des vorgegebenen von aussen angelegten magnetischen Feldes ) auf eine geeignete Stelle geführt wird, die von dem Wert Null für das Magnetfeld entfernt liegt*

Da sich nun die Induktivität einer Spule, die auf einen Kern aus magnetischem Material aufgewickelt ist, mit der Permeabilität des Materials ändert, und die Höhe der Frequenz oder eines anderen Parameters im Oszillatorausgang, deren Änderungen das Ausgangsslgnal erzeugen, durch deren Änderungen der Spuleninduktivität geregelt wird, ergibt sich ohne weiteres, dass man eine Zunahme der Signalimpuls-Amplitude dadurch erreichen kann, dass man ein vorspannendes Magnetfeld andauernd auf den Spulenkern einwirken lässt.

Jede Spule A, B, C oder D kann einem Vormagnetisierungsmagneten zugeordnet sein und diese Magnete können, wie die Zeichnung

009819/1523

- 9 - " G 1285

ersehen lässt, mit verschiedenen Teilen eines einzigen Magneten 23 versehen sein. Um zu verhindern, dass unzulässige Drehmomente auf die Scheibe 17 ausgeübt werden, die sich aus der Asymmetrie der Magnetanordnung ergeben, kann es in manchen Fällen erwünscht sein, einen einzigen Vormagnetisierungsmagneten vorzusehen, der sich rings um den Gesamturafang der Scheibe erstreckt.

Die Fig. 3 der Zeichnung zeigt, dass die Vorrichtung nach Fig. 1 beispielsweise mit Hilfe eines Antriebshebels 26, der an den Tauchkolben des Elektromagneten 27 angeschlossen ist, angetrieben werden kann. Der Hebel 26 ist so angeordnet, dass er unter der Wirkung seines eigenen Gewichtes in eine Ruhestellung zurückgelangt, in der er sich gegen einen Anschlag 28 anlegt, und trägt an seinem Ende einen Finger 29, der mit einem Sperr-Rad 30 zum Eingriff gebracht werden kann, welches an der Scheibe 17 befestigt ist, um sich um die gleiche Achse drehen zu körien. Das Sperr-Rad 30 steht auch noch in Eingriff mit einem federnden Haltearm 31 zum Festhalten des Sperr-Rades irijeder der aufeinanderfolgenden Stellungen, d.h. also in zehn Stellungen je Umdrehung, in welche das Sperr-Rad durch die Wirkung des Antriebshebeis 26 gedreht wird, der seinerseits so betätigt werden kann, wie es unter Bezugnahme auf die Fig. 2 bei der Schilderung der Wirkung des Hebelarmes 10 erläutert worden ist.

Die Flg. 4 der Zeichnung zeigt eine Möglichkeit der Einschaltung der Spulen A, B, C, D in eine Schaltanordnung für die codierte übertragung und für die Decodierung von Signalen, die eine Wlnkel-

009819/1S23

SAD OPJGiMAL

- 10 - G 1285

Stellung der Scheibe 17 anzeigen, zu einer entfernten Stelle.

Die Spulen A, B, C, D sind über die Klemmenpaare 19, 20, 21, 22 für den Fall in den Oszillatorkreis 32 eingeschaltet, dass kein Magnet zur Permeabilitätsänderung mit irgendeiner der Spulen zusammenwirkt, um eine Schwingung einer vorgegebenen Frequenz über jeder der vier Leitungen 33$ 34, 35 und 36 unter Benutzung einer gemeinsamen Rückleitungsleitung 37 zu übertragen. In diesem Fall ist angenommen, dass die Leitungen zu einem entfernten Punkt führen, der in Fig. 4 durch den gestrichelten Linienzug 38 gekennzeichnet ist. Wirkt nun eine der Spulen A, B, C oder D mit einem Magneten zur Permeabilitätsänderung zusammen, dann wird die übertragene Frequenz geändert; es erfolgt dies möglicherweise mit einem anderen Betrag für jede Spule. Die Verbindungsleitungen von den Spulen zu dem Oszilla^-tor 32 und von diesem zu den Übertragungsleitungen sind schematisch dargestellt und unter der Voraussetzung, dass die Übertragung über Widerstände 4o, 41, 42, 4:3 erfolgt. Es versteht sich von selbst, dass im Kreis des Oszillators 32 beliebige Filter, Verstärker usw. liegen können, wie sie für die Übertragung der Ausgangssignale erforderlich sind.

An der entfernt liegenden Stelle 38 sind die Leitungen 33 bis 36 über Verstärker 44, 45, 46 und 47 und Demodulatoren 48, 49, 50 und 51 an einen Decodierer 32 angeschlossen, der einen Ausjng erzeugt, der die Codekombination von "l" und "θ" darstellt, mit weloher er beaufschlagt worden ist, und steuert eine Anzeigevor-

009819/1523

- 11 - . G 1285

richtung 53, die gegebenenfalls in Form einer Ziffernfolge eine Anzeige der Winkelstellung der Seheibe 17 hervorbringt.

Ist die Scheibe 17 mit weiteren Scheiben eines Dekadenzählers gekuppelt, dann ist jede Scheibe auf ähnliche Weise vier Spulen zugeordnet und trägt Magnete für die Permeabilitätsänderung. Die Spulen sind zum Zwecke der Steuerung des Ausgangs aus einem Oszillator mit der entfernten Stelle verbunden, so dass dort eine getrennte Anzeige der Winkelstellung einer Jeden Scheibe empfangen wird und mit Hilfe der Anzeigevorrichtung 53 angezeigt wird. Wahlweise können die Signale direkt in ein Rechengerät eingegeben werden.

Selbstverständlich braucht die Platte 18, welche die Spulen A, B, C, D und den Vormagnetisierungsraagneten 2J trägt, nicht notwendigerweise dauernd in ihrer Stellung gehalten zu werden; sie kann beispielsweise den Kopf einer "Lesevorrichtung" bilden, die nur dann in eine Stellung in der Nähe der Scheibe 17 gebracht wird, wenn man die Winkelstellung der Scheibe abzulesen wünscht. Auf ähnliche Weise kann ein abnehmbarer "Lesekopf" aus einer Anzahl ähnlicher Platten, die nebeneinander angeordnet sind, dazu benutzt werden, gleichzeitig die Winkelstellungen jeder einzelnen Scheibe eines Vielfachdekadenzählers mit gekoppelten Scheiben abzulesen, und der gleiche Kopf kann dann mit jeder beliebigen Anzahl verschiedener Zählwerke benutzt werden. Durch entsprechende Anordnung eines derartigen Zählwekes im Innern eines geschlossenen Gehäuses kann die Gesamtanordnung so ge^.

00 9819/152 3

1537HQ

- 12 - G 1285

troffen werden, dass eine Ablesung dadurch vorgenommen werden kann, dass man den Kopf nach oben aus dem Gehäuse herausnimmt.

In den Vorrichtungen nach den Fig. 1, J5 und 4 gelangen Magnete zur Permeabilitätsänderung durch Vormagnetisierung zur Anwendung; es sei aber ausdrücklich bemerkt, dass diese Vorrichtungen auch ohne diese Magnete arbeiten können und dass diese und ähnliche Anzeigevorrichtungen, die ohne Vormagnetisierungsmagnete arbeiten, von der Erfindung mit umfasst sind.

Das Verfahren der Anwendung von nur zehn binären Codekombinationen aus vier Spulen, die mit von einer Scheibe getragenen Magneten für die Permeabilitätsänderung je Umdrehung der Scheibe zusammenwirken, können in allen möglichen Systemen zur Anwendung gelangen, bei denen es sich darum handelt, eine Anzeige von zehn verschiedenen in gleichmässigem Abstand voneinander auftretenden Winkelstellungen einer rotierenden Scheibe oder eines anderen rotierenden Körpers hervorzurufen. Es versteht sich ferner von selbst, dass alle diese Anwendungen mit oder ohne Vormagnetisierungsmagnet für die Spulen im Rahmen der Erfindung liegen.

- Patentansprüche -

009819/1523

Claims

Q 128?

Pa tentansprüohe:

1« Anordnung zur Erzeugung von Ausgangesignalen, die in jedem Zeitaugenblick: die Anzahl von Stufen darstellen, von denen jede aus einer Zehntel Umdrehung besteht, so dass angezeigt wird, dass sich ein bestimmter Bauteil, der sich um eine Achse drehen kann, von einer gegebenen Stellung aus weitergedreht hat, gekennzeichnet durch eine Anzahl von Permanentmagneten (24, 25), die auf dem rotierenden Teil (17) befestigt sind, so dass jeder auf der gleichen Kreisbahn fortbewegt wird, wenn dieser Bauteil sich dreht, und ferner gekennzeichnet durch vier Spulen (A, B, C, D), von denen sich jede auf einem Kern aus magnetischem Material befindet, und die alle in relativ festen Stellungen jeweils in der Nähe der Kreisbahn angeordnet sind, so dass die Permeabilität jedes Spulenkerne durch das Feld des Permanentmagneten immer dann momentan geändert wird, wenn einer der Permanentmagnete an dem Spulenkern vorbeibewegt wird, wenn der betreffende Bauteil rotiert, wobei die Spulen und die Magnete derart in unter»ohledHohen

0 0 9 819/1623

SAD ORiGiWAL

- 14 - G 1283

Zonen von je 36° rund um die Kreisbahn angeordnet sind, so dass sich zehn verschiedene Kombinationen von Zuständen der Permeabilität des Spulentarns während jeder vollständigen Umdrehung des Bauteils ergeben, und diese Kombinationen sich bei jeder Umdrehung der Scheibe wiederholen.

2„ Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (A, B, C und D) und die Magnete (24, 25) in gleichförmig verteilten Abständen gegenüber einander angeordnet sind, und die Permanentmagnete vier, fünf oder sechs der Segmente ( 1 bis 10 ) mit einer Winkelbreite von 36° in Anspruch nehmen.

3. Anordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass jedem der Spulenkerne ein Permanentmagnet für die Zweoke der Vormagnetisierung im Wege der Permeabilitätsänderung zugeordnet ist, der dazu dient, die Grosse des Verhältnisses von Maximum- zu Minimumwert der Permeabilität zu erhöhen, welches sich ergibt, sobald ein Permanentmagnet, der auf dem drehbaren Teil befestigt ist, an dem Spulenkern yorbeigeführt wird.

4. Anordnung nach Anspruch 3» gekennzeichnet durch einen Magneten zur Vormagnetisierung im Wege der Permeabilitätsänderung, der sich über die gesamte Kreisbahn für die Bewegung der Permanentmagnete auf dem rotierenden Teil (17) erstreokt.

5. Anordnung nach einem der Anspruch® 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass die Spulen (A, B, C, D) in elektrischen Strotg-

009819/1623 .

- 15 - G 1285

kreisen liegen, die dazu dienen, je einen Ausgang zu erzeugen, dessen Betrag von der Höhe der entsprechenden Spuleninduktivität abhängt.

6. Anordnung nach Anspruch.5, dadurch gekennzeichnet, dass die elektrischen Stromkreise Oszillatoren enthalten, deren Amplitude, Frequenz oder Phase das eigentliche Kriterium des Ausgangs darstellt.

Ho./Br.

00981 9/1523 ^BAD