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Verfahren und Vorrichtung zur magnetischen Speicherung von Meßsignalen.
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Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Vorrichtung, die es
gestatten, normale, für Schallaufzeichnung geeignete magnetische Beandgeräte mit
geringen Änderungen und in Kombination mit einem Trägerfrequenzverstärker auch zur
Speicherung von Meßsignalen zu verwenden, deren Frequenz in einem Bereich von 0
Hz bis einigen kllz schwankt.Dieses Ziel wird erfindungsgemäß dadurch erreicht,
daß neben der signalmodulierten Trägerfrequenzschwingung auch die für die Steuerung
des zur Wiedergabe erforderlichen phasenrichtigen Gleichrichters benötigte trägerfrequente
Schaltspannung synchron aufgezeichnet und synchron bei der Wiedergabe vom Bandgerät
abgenommen wird.
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Mit dem erfindungsgemäßen Speicherungsverfahren werden somit die Nachteile
vermieden, die sowohl mit der sogenannten Direktaufzeichnung als auch mit einer
frequenzmodulierten Aufzeichnung verbunden sind. So hat z. B. einerseits erstere
den Mangel, daß der Amplitudenverlauf frequenzabhängig ist, da die induzierte Spannung
im Wiedergabekopf von der Flunänderung abhängt und somit proportional mit der Frequenz
ansteigt.
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Niedrige Frequenzen werden deshalb nur schlecht wiedergegeben, und
Gleichspannungen können grundsätzlich überhaupt nicht aufgezeichnet werden. Demgegenüber
hat für eine magnetische Aufzeichnung die bekannte Frequenzmodulation den Mangel,
daß ein beträchtlicher Aufwand zur Ausschaltung der z.B. durch. Bandgeschwindigkeitsschwankungen
verursachten
Störgrößen getroffen werden muß.
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Die Gerätekombination, die nun das erfindungsgemäße Speicherungsverfahren
unter Vermeidung der genannten, mit anderen Aufzeichnungsverfahren verbundenen Mängeln
ermöglicht, muß daher einen Trägerfrequenzverstärker für die zu erfassenden Meßsignale,
ein einfaches Bandaufzeichnungsgerät, das neben mindestens einer Signal spur noch
eine zweite Spur und einen entsprechend gestalteten Magnetkopf zur Aufzeichnung
der signalmodulierten Trägerfrequenz und der Schaltspannung besitzt, und schließlich
ein Demodulations- oder Wiedergabegerät für das Meßsignal bzw. die Meßsignale umfassen,
wozu das Magnetbandgerät einen Wiedergabekopf für die signalmodulierte Trägerfrequenzschwingung
und für die aufgezeichnete Schaltspannung besitzen muß. Diese ombination~ist mit
der Figur schematisch dargestellt. Zur näheren Kennzeichnung der Erfindung wird
auf die Ansprüche verwiesen.
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Bei einem Trägerfrequenzmeßverfahren wird die von einem Trägerfrequenzoszillator
2 gelieferte und meist in einem nachgeschalteten Verstärker 3 verstärkte Trägerfrequenz
schwingung in einem Modulator 4 durch das aufzunehmende Meßsignal moduliert. Beim
Trägerfrequenzmeßverstärker kann der Modulator 4 schon als Meßbrückeivorliegen,
wobei in der einen Diagnonale die Trägerfrequenz eingespeist und von der anderen
Diagonale däs frägerfrequente Ausgangsignal abgenommen wird. Ein Zweig der Brücke
kann dann unmittelbar oder mittelbar als Wandler durch seine Änderung das modulierende
Meßsignal liefern. Die untere Grenzfrequenz des Meßsignals kann nunmehr 0 Hz sein,
während die obere Frequenz etwa 30 % der Trägerfrequenz nicht übersteigen soll.
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Zwischen dem Modulator und dem eigentlichen Wiedergabegerät ist üblicherweise
noch ein Verstärker 5 für die modulierte Trägerfrequenz zwischengeschaltet.
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Zur Rückgewinnung des eigentlichen Meßsignals muß dann die modulierte
Trägerfrequenz in einem Demodulator phasenrichtig gleichgerichtet werden. Dazu verwendet
man zweckmäßig Ringdemodulatoren, deren Schaltungseinzelheiten und Wirkungsweise
beispielsweise in "radio mentor" 1957, Seite 214 bis Seite 217, und in"Elektronik"
1959, lieft 4, Seite 114 bis Seite 116 beschrieben sind. Außerdem wird auf die deutschen
Patentanmeldungen P 14 66 708. 4 und P 15 48 664. 3 verwiesen, welche die Anwendung
von Trägerfrequenzverstärkern in Verbindung mit bleßbrückenaufnehmern betreffen.
Danach ist zur phasenrichtigen Gleichrichtung der Demodulator 7 noch durch eine
Schaltspannung zu steuern, die von der benutzten Trägerfrequenzschwingung abgeleitet
und über einen Phasenschieber 6 zwecks Kompensation von phasenverschiebungen der
Trägerfrequenz dem Demodulator zugeführt wird. Die am Ausgang des Modulators 7 dann
zur Verfügung stehende phasenrichtig gleichgerichtete und verstärkte Signal spannung
wird zwetkmäXig noch zur völligen Glättung über einen Tiefpassfilter 8 geleitet
und kann dann einem Registriergerät oder einem Oszillographen zur sichtbaren Wiedergabe
zugeführt werden.
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Betrachtet man bei einem solchen Trägerfrequenzverstärker das am Ausgang
des Signalverstärkers 5 auftretende Signal, so ist dieses bei abgeglichener Meßbrücke
1 bzw. 4 Null.
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Tritt jedoch eine Brückenverstimmung unter der Einwirkung desBossenden
Signals auf, so erscheint hier die jeweilige Trägerfrequenz mit der momentanen Signalfrequenz
moduliert,
und in der Amplitude abhängig von der Größe der eingeleiteten
Verstimmung.
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Wenn nun, wie es der Aufgabe der vorliegenden Erfindung zugrunde liegt,
das Signal nicht sofort nach Aufnahme demoduliert, sondern bis zur Wiedergabe zunächst
gespeichett en' werden muß, so werdrmit einem normalen Magnetbandgerät die oben
geschilderten Schwierigkeiten auftreten, wenn die Signalschwankungen eine Frequenz
von O Hz erreichen. Erfindungsgemäß muß daher ein zur Speicherung wenigstens zweispuriges
Magnetbandgerät benutzt werden1 wobei auf der einen Spur mittels einer Spule des
Aufnahmekopfes 10, die über die Leitung 19 mit dem Ausgang des Signalverstärkers
5 verbunden ist, die signalmodulierte Trägerfrequenz und auf der anderen Spur mittels
einer zweiten Spuledes Aufnahmekopfes, die über die Leitung 20 mit dem Ausgang des
Phasanschiebers 6 verbunden ist, die signalfrequente Steuerspannung aufgezeichnet
wird.Beide Spannungen werden somit grundsätzlich dem blasteroszillator 2 entnommen,
wobei es vor allem wichtig ist, daß die Schaltspannung durch phasenverschiebende
Glieder 6 so korrigiert wird, daß beide Trägerfrequenzschwingungen zeitgleich und
phasengleich erfaßt werden. Diese beiden Signale können somit auf dem Magnetband
15 beliebig lange gespeichert werden, bis ihre sichtbare Wicdergabe zu einem beliebigen
Zeitpunkt erinscht ist. Bie sind demnach einer Einrichtung zuzuführen, die dem üblichen
Aufbau des Demodulators eines Trägerfrequenzverstärkers entspricht, in der Figur
C schematisch dargestellt ist s einen Demodulator 17 und zweckmäßig noch einen Tiefpasscilter
18 enthält.
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Der näherè-Aufbau der Geräte, insbesondere des Magnetbandgerätes B
ist fachbekannt und braucht daher im einzelnen nicht beschrieben zu werden. Nur
der Verständigkeit halber sei erwähnt, daß das Magnetband 15 von einer Vorratstrommel
9 abgespult und nach Vorübergang am wenigstens doppelspurigen Aufsprechkopf 10 zum
Wickel 14 aufgespult wird. Zur Wiedergabe wird der Lauf des Magnetbandkopfes 15
umgeschaltet und der ebenfalls wenigstens doppelspurige Wiedergabekopf 14 eingeschaltet.
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Der Signaleingang des Demodulators ist mittels der Leitung 21 an die
eine Spule des Wiedergabeknopfes 12 angeschlossen, die die signalmodulierte Trägerfrequenz
aufnimmt, während der Steuereingang des Demodulators über die Leitung 22 mit der
anderen Spule des Wiedergabekopfes verbunden ist, die die Schaltspannung aufnimmt.
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An den Ausgang des Demodulationsgerätes 6 kann dann ein Gerat zur
sichtbaren Aufzeichnung oder Wiedergabe, z.B.
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ein Oszillograph oder ein Gerät zur hörbaren Wiedergabe 23 angeschlossen
sein.
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Der restliche Einfluss von Störgrössen kann bei diesem Aufzeichnungsverfahren
durch qualitativ hochwertige Aufzeichnungsgeräte klein gehalten werden. Von den
möglichen Einflüssen interessieren in erster Linie Amplitudenschwankungen und Frequenzschwankungen.
Da man bei einem Trägerfrequenzverfahren immer nur in einem verhältnismäßig kleinen
Baddbereich gegenüber dem möglichen Gesamtaufzeichnungsbereich des Tonbandgerätes
arbeitet, kann der mögliche Amplitudenfehler vernachlässigt werden. Zumal stehen
für Direktaufzeichnungsverfahren bereits wirksame Entzerrer zur Verfügung, die eine
Begradigung des Frequenzganges schon ueber weite Bereiche ermöglichen. Zur Aüsschaltung
von Amplitudenfehlern kann man weiterhin die Vorkehrung treffen, Bandgeschwindigkeit
und Trägerfrequenz so abzustimmen, daß die Trägerfrequenz möglichst in der Mitte
des übertragbaren Gesamtfrequenzbereiches des Bandgerätes liegt.
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Hinsichtlich der durch Geschwindigkeitsschwankungen des Magnetbandes
verursachten Störungen ist zu erwähnen,
daß bei heute vorhandenen
Schallaufzeichnungsgeräten kurzzeitige Geschwindigkeitsschwankungen auf weniger
als + 0,3% herrbgedrückt werden können.
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Ein besonderer Vorzug dieses erfindungsgemäßen Speicherungsverfahrens
ist der Umstand, daß die erfindungsgemäße Gerätekombination leicht für die gleichzeitige
Aufzeichnung mehrerer Meßwerte abgewandelt werden kann, sofern nur das blagnetbandgerät
für mehrere Aufzeichnungskanäle eingerichtet ist, wobei lediglich nur eine Spur
für die Aufzeichnung der Schaltspannung freigehalten werden muß. Diese Anzahl der
möglichen Kanäle ist durch die Zahl von Trägerfrequenzverstärkern begrenzt, die
von einem einzigen Naster-Oszillator 2 synchronisiert werden können, der auch die
benötigte Schalt spannung liefert. Demnach müsste das erforderliche flandspeichergerät
jeweils eine Spur mehr als die maximal gewünschte Zahl an Signalkanälen aufweisen.
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Die erfindungsgemäße Kombination von Signalverstärkern mit einem Speicherungsgerät
ist unter anderem auch für die Speicherung von Meßsignalen günstige die in der medizinischen
Diagnostik gleichzeitig von einem Patienten aufgenommen und dann später zur Analyse
ausgewertet werden sollen.