DE1908022C - Vorrichtung zum Erzeugen elektrischer Spannungen - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischen Spannungen u_x und u_z gemäß den Gleichungen

U_x = ν sin (β—χ sin Ω/),
Uz = v cos (ß—ix sin Or),

wobei χ, β Konstanten und Ω eine Kreisfrequenz sind und / die Zeit ist und die Vorrichtung insbesondere zur Nachahmung der Komponenten einer in Sinusform .«sinQ/ angenommenen Schlingerbewegung dient.

Der Zustand hochgradiger Entmagnetisierung, in welchem sich moderne Schiffe befinden, macht es erforderlich, daß noch vor dem Baubeginn die magnetischen Eigenschaften jedes Elements untersucht werden, welches bei der Herstellung in das Schiff oder in dessen Aufrüstung eingebaut wird. Zu diesem Zweck wird insbesondere vorgesehen, durch Nachahmung die magnetischen Wirkungen der tatsächlichen Schlingerbewegungen auf diese Elemente zu untersuchen. ao

Genauer gesagt ist das Ziel der Erfindung die Schaffung einer Vorrichtung, welche die Erzeugung von zwei elektrischen Komponenten gestattet, die zur Steuerung von zwei Stromverstärkern bestimmt sind, deren Ausgang mit gekreuzten Spulen verbunden ist, in deren Innerem das zu untersuchende Material angeordnet ist. An der Stelle dieses Materials werden auf diese Weise die Venuiderurgen des Magnetfelds nachgeahmt, welchen dasselbe unterworfen wäre, wenn es auf einem Schiff angeordn t wäre, welches eine Schlingerbewegung im magnetischen Erdfeld an einem beliebigen Punkt der Erdkugel ausführt.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung ist gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator mit einer Schwingungsfrequenz Ω und regelbarer Amplitude, einen Hilfsoszillator mit der bezüglich der Schwingungsfrequenz Ω sehr großen Schwingungsfrequenz ω, welcher mit einem Modulationskanal und einem Bezugskanal verbunden ist, wobei der Modulationskanal einen Phasenmodulator aufweist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des ersten Oszillators verbunden ist und welchem ein zwei um 90° phasenverschobene Spannungen M₁, M₂ mit der Kreisfrequenz <» erzeugender Phasenschieber nachgeschaltet ist, und wobei der Bezugskanal eine Kette von Phasenschiebern aufweist, welche zwei um 180° phasenverschobene, regelbare Bezugsspannungen M₀, u„ mit der Kreisfrequenz «> liefert, eine mit den Ausgängen des Modulationskanals und des Bezugskanals verbundene Summierschaltung, welche die Summen so

zur elektrischen Nachahmung der genannten Komponenten,

F i g. 3 Diagramme verschiedener Signale, welche in dem Phasenmodulator erhalten werden,

F i g. 4 ein ausführliches Schaltbild des Phasenmodulators und

F i g. 5 das Schaltbild der Schaltung zi.r Verarbeitung der vom Modulationskanal und vom Bezugskanal abgegebenen Signale.

Es wird angenommen, daß das Schiff sinusförmig mit einer Kreisfrequenz Ω um eine Achse schlingert, welche senkrecht auf der den Vektor des magnetische'n Erdfelds H enthaltenden Ebene steht. In F i g. 1 ist die Richtung der rechtwinkligen Bezugsachsen, nämlich der in der horizontalen Ebene angeordneten Achse Ox und der in der vertikalen Ebene angeordneten Achse Oz, in direktem Sinne gewählt. Die Winkel werden bezüglich der vertikalen Achse Oz in rückläufiger Richtung positiv gezählt (umgekehrt zur üblichen trigonometrischen Richtung). Die Schlingeramplitude um die vertikale Achse wird mit ±at bezeichnet.

Wenn man unter diesen Bedingungen mit α den Augenblickswert der Auslenkung des Schlingerwinkels im Zeitpunkt / bezeichnet, so kann man schreiben:
Betrag der Komponente H_x des Feldes H

H_x = H ■ cos -(ß- a)

u.' = ¹

M₁ ■(■- M₀ , .. _._ \U₁" — M₁ — M₀

und die Differenzen I 10

M₂ I M₀ j K₁" ^= M₂ -- M₀

bildet, eine Detektorschaltung für die Spitzenwerte SS der erhaltenen Signale, welche die Signale U₁', U₁" und CZ₁', C/," bildet, und Differcnzschaltungen, welche die gesuchten elektrischen Spannungen gemäß den Gleichungen

= H-sin(ß-a);

Betrag der Komponente H_z des Feldes H H₁ = H-cos(ß-a).

Da die Schlingerbewegung als sinusförmig angenommen wird, gilt

a = (χ · sin Ω/
mit der Kreisfrequenz Ω, und man erhält schließlich

H_x= H-sin(ß-x-sinüt) H₁ = H · cos(/J — χ ■ sin Ω/).

Erfindungsgemäß sollen zwei Spannungen u_x und U₁ erzeugt werden, welche zu diesen beiden Werten der um 90° phasenverschobenen Komponenten H_x und /Z₂ proportional sind, so daß im Inneren der beiden Rahmen, nämlich einem horizontalen Rahmen X und einem vertikalen Rahmen Z, Änderungen des magnetischen Feldes hervorgerufen werden, welche diejenigen nachahmen, denen ein der Schlingerbewegung unterworfenes Material ausgesetzt ist. Die Spannungen ii_x und u_z müssen daher die Form aufweisen

= U- sin (/? — «· sin Ω/)
= U - cos (β — κ- sin Ω/) .

£/,' - U₁",
CZ₁' - C/,"

6o

erzeugen.

An Hand der Figuren wird die Erfindung beispielsweise näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 ein Diagramm, welches die Ermittlung der ^suchten Bewegungskomponenten gestattet,

Γ i g. 2 ein Übersichtsschaltbild einer Vorrichtung Im Schaltbild der F i g. 2 ist ein sinusförmiger Oszillator 10 dargestellt, welcher eine Welle mit sehr tiefer Frequenz, beispielsweise in der Größenordnung von 0,01 bis 5 Hz, mit regelbarer Kreisfrequenz Ω und regelbarer Amplitude von der Form

w= W -sin Ω/

erzeugt, wobei W, die maximale Amplitude, proportional zur Amplitude <% der Schlingerbewegung ist. Ein Hilfsoszillator 11 besteht beispielsweise aus einer

kurzgeschlossenen Anordnung, welche drei Differenzierzellen mit Widerstand und Kondensator, die jeweils das sinusförmige Schwingungssignal um π/3 phasenverschieben, sowie einen den Arbeitsbereich wobei

Δψ = —χ · sin Ω/.

setzter Phase:

r—--■-■. ■-■ -■···— "-" "'"1.113UCiCiUIi Da der Phasenschieber 13 eine Phasenverschiebung

stabilisierenden Amplitudenregler aufweist. Dieser 5 von .τ/2 hervorruft, erhält man am Ausgang des n^iiatnrn pnpnirt _{zwei We}|,_{en mjt entgegenge}. Modulationskanals zwei um 90³ phasenverschobene

Spannungen:

ι/, = U₁ ■ sin (tuι f Δη-)

U₂ = -U₂- COS ((Ot + Δη).

V₀ = V-

= — V · sin ruf,

wobei die Kreisfrequenz ω gegenüber Ω sehr groß ist, beispielsweise in der Größenordnung von 5 kHz. Die Wellen r₀ und v„ werden auf einen Phasenmodulator 12 gegeben, dessen Schaltung ausführlicher in F i g. 4 dargesteiii. ist und welcher die lineare Zusammenfassung dieser Wellen mit der vom Oszillator 10 abgegebenen sinusförmigen Welle w in einem Modulationskanal bewirkt. Zwei Nulldurchgangs-Detektorschaltungen 21, 22 erzeugen in F i g. 3 in den Zeilen B und C dargestellte Rechtecksignale, deren Flankenlagen phasenmoduliert und jeweils bezüglich der in Zeile A angegebenen Spannung ν um 180^J phasenverschoben sind. Diese Rechtecksignale steuern nach Differenzierung durch die Widerstands-Kapazitätskreise 23, 24 eine bistabile Kippschaltung 25. Diese Kippschaltung erzeugt ein phasenmodu-

üertes Rechtecksignal mit der Frequenz '" , welches

in Zeile D angegeben ist. Dieses Signal wird in einer Widerstands-Kapazitätsschaltung 26 integriert, so daß das in Zeile E angegebene Dreiecksignal erhalten wird, und dieses wird sodann auf eine Resonanzschaltung 27, beispielsweise eine Induktanz-Kapazitätsschaltung, derart gegeben, daß man eine phasenniodulierte sinusförmige Welle erhält, welche in Zeile F angegeben ist.

Der Ausgang des Modulators 12 ist mit einem festen Phasenschieber 13 verbunden, welcher eine Verzögerung um π/2 hervorruft.

Eines der vier vom Hilfsoszillator 11 erzeugten Signale, weiche jeweils die Phasenverschiebungen 0, ,-t/3, 2 .-r/3 und π aufweisen, wird auf einen ersten regelbaren Phasenschieber 14 eines Bezugskanals gegeben, so daß eine kontinuierlich zwischen 0 und rr/3 einste'Ibare Phasenverschiebung hervorgerufen wird. Man verfügt so über einen Bezugswert, welcher die Wahl der Abweichung β gestattet, und der Betrag des Magnetfeldes // wird mit Hilfe eines veränderlichen Widerstands 17 geregelt. Ein zweiter fester Phasenschieber 15 ruft eine Verzögerung von π hervor.

Die Schaltung 16, auf welche die beiden um 9(T phasenverschobenen Signale aus dem Modulationskanal und die beiden um 180° phasenverschobenen Signale aus dem Bezugskanal gegeben werden, bildet paarweise die Summen und die Differenzen dieser Signale.bevor sie den Spitzenwert der Amplituden der resultierenden Signale feststellt und zuletzt die Differenz dieser letzteren erhaltenen Signale bestimmt. Die Schaltung 16 ist rusführlicher in F i g 5. gezeigt, in welcher Spitzenwertdetektoren 31 bis 34 sowie zwei die Differenz der Eingangssignale erzeugende Schaltungen 35 und 36 dargestellt sind.

Die Arbeitsweise ist die folgende:

Am Ausgang des Modulators 12 besitzt die phasenmodulierte Sinuswelle die Form

U = A- sin (αι/ -| Δφ),

Parallel erhält man am Ausgang des Bezugskanals zwei um 180° phasenverschobene Spannungen:

"o = U₀ · sin ((»ι ι- /J)
Es werden in der Schaltung 16 die Summen

[U\ = "ι -j- M₀ , ,. „..„. IM₁" = M₁ — Ii₀

¹ ι ' ο _urKj Jj₁O Differenzen J

[M₂' = M₂ + M₀ Im₂" = M₂ — M₀

gebildet.

Nach der Feststellung des Spitzenwerts der Amplituden der Spannungen M₁' und H₁" und der Spannungen M₂' und M₂" erhält man zwei Spannungen U₁' und U₁" und zwei Spannungen U₂ und U₂" derart, daß bei Bildung ihrer Differenz die erhaltenen Differenzspannungen die Form besitzen

= U₁' - U₁"

U_x

i/o' - U₂" -

2U₂U₀ U₂ ¹ r U₀ ²

sin

Wenn man

U_{0 =} U₀

U\ i/o

wählt, erhält man zuletzt zwei Spannungen der Form

U_x = 2 U₀ ■ sin (fi r Δη) = U ■ sin (ß—\-s\nilt) \h = 2 U₀ ■ cos (ß r Δ ι/) U- cos (β— \· sin ill).

Aus dem Gleichiingssystcm (2) sieht man, dal! man (atsächlich zwei Spannungen der gleichen Foun wie die Vektorkomponenten des nachzuahmenden Magnetfelds des Gleichlingssystems (1) erhält.

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Erzeugen von elektrischen Spannungen u_x und u_z gemäß den Gleichungen

U_x = ν sin (ß — \ sin ΩI),
Ut — ν cosfy? — χ sir

wobei λ, β Konstanten und Ω eine Kreisfrequenz sind und I die Zeit ist und die Vorrichtung insbesondere zur Nachahmung der Komponenten einer in Sinusform λ sin ill angenommenen Schlingerbevegung dient, gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator (19) mit der Schwingungsfrequenz Ω und regelbarer Amplitude, einen Hilfsoszillator (11) mit der bezüglich der Schwingungsfrequenz Ω sehr großen Schwingungsfrequenz, m, welcher mit einem Modulationskanal und einem Bezugskanal veibunc'.an ist, wobei der Modula-

tionskanal einen Phasenmodulator (12) aufweist, dessen Steuereingang mit dem Ausgang des ersten Oszillators (10) verbunden ist und welchem ein zwei um 90° phasenverschobene Spannungen U₁, U₂ mit der Kreisfrequenz m erzeugender Phasenschieber (13) nachgeschaltet ist, und wobei der Bezugskanal eine Kette von Phasenschiebern (14, 15) aufweist, welche zwei um 180° phasenverschobene, regelbare Bezugsspannungen M₀, U_n mit der Kreisfrequenz o> liefert, eine mit den Ausgangen des Modulationskanals und des Bezugskanals verbundene SummierschaUung, welche die Summen

^Ml' = "' + "· und die DifferenzenK ⁼ "' ~ "° »5 ««' = "i + U₀ l^wi" = «J — ^Mo

bildet, eine Detektorschaltung (31 bis 34) für die Spitzenwerte der erhaltenen Signale, welche die Signale IZ₁', IZ₁" und [/,', (/," bildet, und Differcnzschaltungen (35, 36), welche die gesuchten elektrischen Spannungen gemäß den Gleichungen

XH - U_x' - U₁",

u_x = U₁' - U_t"
erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Phasenmodulator (12) zwei Nulldurchgangs-Detektorschaltungen aufweist, welchen jeweils eine Differenzierschaltung (23, 24), eine bistabile Kippschaltung (25), eine Integrierschaltung (26) und eine Resonanzschaltung (27) nach geschaltet sind.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen