DE2048125C3

DE2048125C3 - Circuit arrangement for balancing a mechanical filter

Info

Publication number: DE2048125C3
Application number: DE19702048125
Authority: DE
Inventors: Hans 8000 München; Günther Alfhart Dipl.-Phys. 8013 Haar Albsmeier
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Filing date: 1970-09-30
Publication date: 1976-06-16

Description

theoretisch vorgegebenen unterscheidet. FlIr diese Korrektur der einzelnen Filterelemente ist bekanntlich auch der Ausdruck »Abgleich« ül-lieh.theoretically given differs. For this Correction of the individual filter elements is also known to be borne out by the expression "adjustment".

Allgemein Hißt sich engen, daß die Eigenschaften pines mechanischen Bandfilters durch die Eigenfrequenzen und die Massen der einzelne;* Resonatoren sowie durch die Steiftgkeitcn der Koppler gegeben sind, Diese drei Größen unterliegen Abweichungen von ihren Sollwerten, verursacht durch unvermeidliche Werkstoff- und Baufehler. Während die Eigenfrequenzen der Resonatoren sich im Verlauf ihrer Herstellu»!' in einfädler Weise abgleichen lassen, scheidet ein Abgleich der Massenfchler im allgemeinen sowohl aus wirtschaftlichen Gründen als auch wegen der Gefahr e'ner unzulässigen Veränderung des Ersatzschaltbildes aus. Ein Abgleich der Koppler ware nur am fertigen Filter möglich, da sich die Koppelfehler wesentlich aus Fehlern beim Zusammenbau bilden. Ein nachträglicher iterativer Abgleich an den Kopplern des fertigen Filters von Hand unter gleichzeitiger Beobachtung des Betnebsverhaltens scheidet jedoch ebenfalls aus. da das Betriebsverhaltcn bei jeder Frequenz in komplizierter Weise von sämtlichen Elementen abhängt und sich eine einmal vollzogene Änderung eines mechanischen Filterelements nicht mehr rückgängig machen läßt.In general it means that the properties pines mechanical band filter through the natural frequencies and the masses of each; * resonators as well as the stiffness of the coupler. These three sizes are subject to deviations of their setpoints, caused by unavoidable material and construction errors. While the natural frequencies of the resonators change in the course of their manufacture. adjust in a threader way A comparison of the mass students is generally different for both economic reasons as well as because of the risk of an impermissible change in the equivalent circuit diagram. A comparison the coupler would only be possible on the finished filter, since the coupling errors essentially result from errors in the Form assembly. A subsequent iterative adjustment on the couplers of the finished filter from Hand while simultaneously observing the behavior however, is also ruled out. since the operating behavior is more complicated at each frequency Way depends on all elements and a change of a mechanical one once carried out Filter element can no longer be undone.

Aus diesen Gründen ist es bisher üblich, die Resonatoren vor dem Zusammenbau des Filters auf ihre Sollfrequenz abzugleichen, die Werkstoff- und Baufehler jedoch so gering zu halten, daß die Abweichungen des Filtervcrhaltcns vom Sollverhalten ausreichend klein bleiben. Diesem Vorgehen sind jedoch bei sehr hohen Anforderungen an ein Filter, z. B. an seine Ebnung mit einem Reflexionsfaktor r<C5°/o, gegenüber bisher rs: lO°/o, oder an sein Phasenverhalten, technische und wirtschaftliche Grenzen gesetzt.For these reasons it has hitherto been customary to put the resonators on before assembling the filter to adjust their target frequency, but to keep the material and construction errors so low that the deviations the filter behavior of the target behavior remain sufficiently small. This procedure are however, if the requirements placed on a filter are very high, e.g. B. at its leveling with a reflection factor r <C5%, compared to previously rs: 10%, or be an Phase behavior, technical and economic limits set.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Abgleich eines mechanischen Filters anzugeben, bei dem einerseits ein gezielter Abgleich de.· einzelnen Filterelemente möglich ist und das 'andererseits einem vollautomatischen Abgleich unier Verwendung eines Prozeßrechners /-Ugänglich ist, der alle für den Filterabgleich erforderlichen Maßnahmen steuert.The invention is based on the object of a method for adjusting a mechanical filter specify, in which, on the one hand, a targeted comparison of the individual filter elements is possible and the 'On the other hand, a fully automatic adjustment unier Use of a process computer / is accessible that controls all measures required for the filter adjustment.

Ausgehend von einer Schaltungsanordnung zum Abgleich eines mechanischen Filters, das aus mehreren, über mechanische Koppelclemente gekoppelten Resonatoren besteht, von denen zumindest die Endresonatoren mit elektromechanischen Wandlern verbunden sind, über die die elektrischen Schwingungen eines Senders in mechanische Schwingungen umgewandelt werden und umgekehrt, bei der die Einstellung einer vorgegebenen Übertragungscharakteristik durch Veränderung einzelner Filterelemente erfolgt und der Abgleichvorgang in der Weise durchgeführt wird, daß die gemessene Frequenz der Schwingungen (Koppelschwingungen) mit dem berechneten Wert der Koppelschwingungen einem Soll-Ist-Wert-Vergleich unterzogen ist und daß ein aus den sich ergebenden Frequenzdificren/en durch Auflösung des den Zusammenhang zwischen Eicmentwertabweichungen und Koppelfrequenzabweichungen darstellenden Gleichungssystems die vorliegenden Aufbaufehler beiechnem^r urui daraus die Stellgrößen für eint Abgleichvorrichtung er mittelnder Prozeßrechner vorgesehen ist und chmn die Stellgrößen der Abgleich der einzelnen Filterelemente erfolgt, wird diese Aufgabe erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem Sender entweder ein extrem hoher oder ein extrem niedriger AusgangswiderstandBased on a circuit arrangement for balancing a mechanical filter, which consists of several, There are resonators coupled via mechanical coupling elements, of which at least the end resonators are connected to electromechanical transducers through which the electrical vibrations of a transmitter are converted into mechanical vibrations and vice versa, in the case of the setting a given transmission characteristic by changing individual filter elements takes place and the adjustment process is carried out in such a way that the measured frequency of the Vibrations (coupling vibrations) with the calculated value of the coupling vibrations Target-actual value comparison is subjected and that a from the resulting frequency differences Resolution of the relationship between deviations in eicment values and system of equations representing coupling frequency deviations present the present Construction errors beiechnem ^ r urui from it the manipulated variables for a balancing device he averaging process computer is provided and chmn the manipulated variables of the adjustment of the individual filter elements occurs, this object is achieved according to the invention in that the transmitter either an extreme high or extremely low output resistance

zugeordnet ist und die Abnahmeeinriehtung entweder einen extrem hohen oder einen exircm niedrigen Eingangswidersiand hat, so daß vier mögliche Kombinationen beidseitiger Filterabscblütsse entstehen, und daß zumindest bei er der vier Kombinationenis assigned and the acceptance unit is either has an extremely high or an extremely low input resistance, so that four possible combinations bilateral filter blooms arise, and that at least in the case of the four combinations

ίο der Extremwerte der Abschlußwiderstände der Abgleichvorgang durchgeführt wird.ίο the extreme values of the terminating resistances of the adjustment process is carried out.

Aus der Literaturstelle »Funkschau«, 1970, Heft 17, S. 571 bis 574, ist es zwar bekannt, in der Fernsehmeßtechnik Prozeßrechner zum Abgleich vonFrom the literature reference »Funkschau«, 1970, Issue 17, pp. 571 to 574, it is known in the television measurement technology process computer for the adjustment of

J5 Fernsehempfängern heranzuziehen, jedoch wird dort der Abgleich'Organg auf solche Parameter bezogen, die unmittelbar übereinstimmen mit den im praktischen Betrieb solcher Videoverstärker auftretenden Parametern.J5 television receivers to be used, but there is the adjustment process is based on parameters that directly correspond to those in practice Operation of such video amplifiers occurring parameters.

Bei der Erfindung wird demgegenüber von der Überlegung ausgegangen, daß die Eigenschaften des Filters durch die vier Elemente seiner KettenmatrixIn contrast, the invention is based on the consideration that the properties of the Filters through the four elements of its chain matrix

A_x D C A₁ A _x DCA ₁

vollständig bestimmt sind. Verhältnismäßig leicht meßbare und sehr scharfe Kriterien eines Filters sind seine Eigenfrequenzen, die in den vier Extremal-are fully determined. Are relatively easily measurable and very strict criteria of a filter its natural frequencies, which in the four extreme

betriebszuständen, nämlich R₁ — \IR„ = 0, 3c; R_x ==■ R., — 0, oo den Nullstellen der Matrixelemente A₁, Ä„, B, C entsprechen. Unter R₁ und R₂ sind dabei die Abschlußwiderstände des Filters zu verstehen. Die Zahl der Nullstellen reicht aus, um mitoperating states, namely R ₁ - \ IR „ = 0, 3c; R _x == ■ R., - 0, oo correspond to the zeros of the matrix elements A ₁ , Ä „, B, C. R ₁ and R ₂ are to be understood as the terminating resistances of the filter. The number of zeros is sufficient to deal with

Hilfe der Nullstellenfehler sämtliche Elementfehler zu bestimmen. Wegen der Kleinheit der Fehler ist ein nahezu linearer Zusammenhang zwischen Nullstellen- und Elementfehlern zu erwarten.Using the zero error to determine all element errors. Because of the smallness the flaw is an almost linear relationship between zero and element errors can be expected.

Die Erfindung soll daher darin bestehen, die NuIl-The invention is therefore intended to consist in the nuIl-

stellen der Matrixelemente zu messen, aus den NuIlstellenfehlern die Elementfehler zu bestimmen und diese als Ausgangsgrößen für den Filterabgleich zu benutzen.position of the matrix elements to measure from the zero point errors to determine the element errors and to use them as output variables for the filter adjustment use.

Insbesondere sollen zur wesentlichen Vereinfachung bei Ersatzschaltungen entsprechend der später noch zu erläuternden Fig. 2 lediglich die Nullstellen des Matrixelementes C des abzugleichenden Filters gemessen und die daraus bestimmbaren Korrekturen für die Resonatorfrequenzen und Koppler angebracht werden. Diese setzen sich zusammen aus einem Anteil zur teilweisen Korrektur der eigentlichen Koppelfehler sowie aus einem Anteil zur teilweisen Korrektur der Wirkungen der Massenfehler der durch die jeweiligen Koppler miteinander ver-55 bundenen Resonatoren, wobei wegen der Symmetrie der Schaltung und des Betriebs7ustandes, also wegen der daraus resultierenden Nichtunterscheidbarkeit symmetrisch liegender Elemente die erforderlichen Korrekturen gleichmäßig auf zueinander symmetrisch 60 liegen Je Elemente zu verteilen sind.In particular, to simplify the equivalent circuits according to the FIG. 2, to be explained later, only shows the zeros of the matrix element C of the to be adjusted Filters measured and the corrections for the resonator frequencies and couplers that can be determined from them be attached. These are composed of a part for the partial correction of the actual Coupling errors as well as a share for the partial correction of the effects of the mass errors of the resonators connected to one another by the respective coupler, whereby because of the symmetry the circuit and the operating status, i.e. because of the resulting indistinguishability symmetrically lying elements make the necessary corrections evenly to each other symmetrically 60 lie per elements are to be distributed.

In der Regel sind dabei die infolge des Ausgleichs von Massenfchlcrn an den Kopplcrn notwendig gewordenen Korrekturen der Resonatorfrequenzen so klein, daß auf ihre Anbringung verzichtet werdenAs a rule, those that have become necessary as a result of the equalization of the mass surfaces at the couplers are necessary Corrections to the resonator frequencies are so small that they do not need to be attached

65 kann.65 can.

Nachstehend wird die Erfindung an Hand von Ausführungsbeispielen noch näher erläutert. Es zeigt III ύέι The invention is explained in more detail below using exemplary embodiments. It shows III ύέι

Fig. 1 ein aus mehreren, mechanisch gekoppel- niedcrohmigen Strommesser ersetzen. Die Frequenten, mechanischen Resonatoren bestehendes Filter, zen der gemessenen Extremwerte entsprechen prak-Fig. 1 replace one of several, mechanically coupled, low-level ammeters. The frequent, mechanical resonators existing filter, zen of the measured extreme values correspond practically

F i g. 2 das elektrische Ersatzschaltbild eines me- tisch den freien Eigenschwingungen eines mechanisch chanischen Filters gemäß F i g. 1, gekoppelten mechanischen Systems, das ein- undF i g. 2 the electrical equivalent circuit diagram of a mechanical the free natural oscillations of a mechanical mechanical filter according to FIG. 1, coupled mechanical system that feeds in and out

Fig. 3 und 4 Fehlerverteilungen der Koppelfehler 5 ausgangsseitig nicht belastet ist, und es ist für diese vor und nach der Korrektur an den Koppelelemen- Frequenzen auch der Ausdruck Koppelfrequenz t_enj üblich. Durch eine dem Filterabgleich vorhergehende3 and 4 error distributions of the coupling error 5 is not loaded on the output side, and the expression coupling frequency t _{enj is also} common for these before and after the correction at the coupling element frequencies. By a previous one of the filter adjustment

Fig. 5 den Aufbau einer Abgleichvorrichtung im' Netzwerkanalyse lassen sich die Koppelfrequenzen Blockschaltbild, genau bestimmen, und es kommt nun beim AbgleichFig. 5 shows the structure of a matching device in 'network analysis, the coupling frequencies Block diagram, determine exactly, and it comes now with the adjustment

Fi g. 6 eine weitere Anordnung zur Durchführung io des Filters darauf an, die gemessenen Koppelf requendes Abgleiches im Blockschaltbild. zen mit den theoretischen möglichst genau zur Über-Fi g. 6 shows a further arrangement for performing the filter on the measured coupling frequency Adjustment in the block diagram. zen with the theoretical as precisely as possible to

F i g. 1 zeigt ein mechanisches Filter, das aus meh- einstimmung zu bringen. Hierzu werden die Frequenreren mechanischen Resonatoren 1, 2, 3 ... η be- zen der gemessenen Extremwerte, wie später noch steht. Die einzelnen Resonatoren sind über die Kopp- erläutert wird, einem Soll-Ist-Wert-Vergleich unterler K12, K 23, K 34 ... miteinander gekoppelt, und 15 zogen, und aus den sich dabei ergebenden Frequenzdie gestrichelte Linie zwischen den Resonatoren 3 differenzen werden dann die Stellgrößen für eine und π soll kenntlich machen, daß an sich beliebig Abgleichvorrichtung ermittelt. Die AbgHrhvorrichviele weitere Resonatoren und Koppler vorhanden tung selbst nimmt dann den Abgleich der einzelnen sein können. Die Endresonatoren des Filters, näm- Filterelemente nach Maßgabe dieser Stellgrößen vor. lieh der Resonator 1 und der Resonator n, sind je- 20 An. Stelle eines Kurzschlusses oder eines Leerweils mit einem elektromechanischen Wandler W laufes kann der Ausgangswandler W auch durch ein bzw. W verbunden. Die Wandler bestehen beispiels- Reaktanznetzwerk, wie z. B. elektrische Endkreise, weise aus Plättchen elektrostriktiven Materials, die abgeschlossen sein.F i g. 1 shows a mechanical filter that can bring out multiple attunement. For this purpose, the frequencies of mechanical resonators 1, 2, 3 ... η are based on the measured extreme values, as will be stated later. The individual resonators are coupled to one another via the Kopp- is explained, a target / actual value comparison under K 12, K 23, K 34 ..., and 15 drew the dotted line between the resonators from the resulting frequency 3 differences are then the manipulated variables for one and π is intended to indicate that any adjustment device is determined. The AbgHrhvorrich many further resonators and couplers present device itself then takes the adjustment of the individual can be. The end resonators of the filter, namely filter elements according to these manipulated variables. Borrowed the resonator 1 and the resonator n, are each 20 An. Location of a short circuit or an open Weil with an electromechanical transducer, the output transducer W barrel W connected by one or W. The converters exist example reactance network such. B. electrical end circuits, wise made of platelets of electrostrictive material that are completed.

unmittelbar auf die aus einem metallischen Material Erleichternd für den Abgleich wirkt sich insbe-made of a metallic material.

bestehenden Resonatoren 1 und η aufgebracht und 35 sondere aus, wenn die Eigenfrequenzen alier Resoauf der den Resonatoren abgewandten Seite mit einer natoren auf ihre Sollwerte abgestimmt sind und wenn Metallisierung versehen sind. Es sei angenommen, die elektromechanischen Ankoopelelemente, dargedaß der Wandler W den Eingangswandler und der stellt durch die Induktivitäten I₀ in Fig. 1, 2, eben-Wandlcr W den Ausgangswandler darstellen, wobei falls vorab gemessen und gegebenenfalls abgeglichen im Ausführungsbeispiel die Resonatoren als Biege- 30 werden können. Darüber hinaus genügt es in nahezu schwinger ausgebildet sind, deren Kopplung über im allen Fällen, nur elementsymmetrische Filter zu beBereich der Schwingungsmaxima angreifende Kopp- trachten und sich auf kleine Fehler zu beschränken, ler erfolge. Legt man an die Eingangsklemmen 5, 5' In der Regel genügt es, nur die Nullstellen desExisting resonators 1 and η applied and 35 special if the natural frequencies all reso on the side facing away from the resonators are matched to their nominal values with a generator and if metallization is provided. It is assumed that the electromechanical Ankoopelelemente, dargedaß the transducer W the input transducer and provides through the inductors I ₀ in Fig. 1, 2, just-Wandlcr W represent the output transducer, wherein if measured in advance, and optionally adjusted in the embodiment, the resonators as a bending - 30 can be. In addition, it is sufficient in nearly oscillators that their coupling takes place by means of coupling strikes that only affect the oscillation maxima in all cases and that are limited to small errors. If the input terminals 5, 5 'are applied, it is usually sufficient to just set the zeros of the

eine elektrische Wechselspannung, so wird diese Leerlaufleitwertes, d. h. also das Matrixelement C durch den Wandler W in mechanische Schwingungen 35 der Kettenmatrix, heranzuziehen. Für den Abgleich umgewandelt, die am Ausgangswandler W wiederum elementsymmetrischer Filter genügt es, daß der Abin elektrische Schwingungen umgewandelt werden gleich auf symmetrisch liegende filterelemente und an den Klemmen 6, 6' als elektrische Wechsel- gleichermaßen verteilt wird. Ferner ist es möglich, spannung abnehmbar sind. die Messung der Istfrequenzen bei mechanisch freienan electrical alternating voltage, this no-load conductance, that is to say the matrix element C through the converter W into mechanical oscillations 35 of the chain matrix, is used. For the adjustment converted, the element-symmetrical filter in turn at the output transducer W , it is sufficient that the Abin electrical oscillations are converted equally to symmetrically located filter elements and equally distributed as electrical alternating at the terminals 6, 6 '. It is also possible to remove the voltage. the measurement of the actual frequencies with mechanically free

¹ Ein vereinfachtes elektrisches Ersatzschaltbild des 40 oder bei mechanisch fest eingespannten, d. h. r>o mechanischen Filters nach F i g. 1 ist in F i g. 2 dar- bei mechanisch geklemmten Filterenden, vorzurehgestellt, die eine Abzweigschaltung zeigt, in deren men. Dabei erfolgt die Schwingungsanregung bzw. Querzweigen die Resonanzkreise 1 bis η liegen. Die die Schwingungsabnahme durch elektromagnetische !',inzelnen Resonanzkreise sind über in den Längs- oder elektroakustische Wandler, und als Abgleich- :weigen liegende Koppelinduktivitäten /12, /23, 45 kriterium werden die Geschwindigkeitsresonanzen des /34 ... miteinander gekoppelt. Die Resonanzkreise 1 Filterkörpers verwendet. Bei Verwendung relativ gebis η bilden dabei unmittelbar die Resonatoren 1 nau vorabgeglichener Resonatoren 1 bis η braucht bis η von F i g. 1 nach, so daß also auch die Eigen- der Abgleich häufig nur mehr an den Koppelelemenfrequenzen/1, /2, /3 ... j η der Resonatoren und ten K12, K 23 ... vorgenommen zu werden, der Schwingkreise übereinstimmen. Die elektro- 5° Die Nullstellen des Matrixelementes C werden bei mechanischen Wandler W und W sind im Ersatz- beidseitigem Leerlauf der Ersatzschaltung, F i g. 1, 2, schaltbild durch die im Eingangslängszweig bzw. gemessen und berücksichtigen daher voraussetzungsdie im Ausgangslängszweig liegenden Spulen 10 gemäß nicht die elektromechanischen Ankoppelnachgebildet. elemente I₀ in Fig. 1, 2. Gemäß der gewählten ¹ A simplified electrical equivalent circuit diagram of the 40 or with mechanically firmly clamped, ie r> o mechanical filter according to FIG. 1 is in FIG. 2 with mechanically clamped filter ends, provided, which shows a branch circuit, in the men. The oscillation excitation or shunt branches which are resonance circles 1 to η takes place. The oscillation decrease by electromagnetic! ', Individual resonance circuits are via in the longitudinal or electroacoustic transducers, and as balancing: weigen coupling inductances / 12, / 23, 45 criterion, the speed resonances of the / 34 ... are coupled with each other. The resonance circuits 1 filter body used. When using relatively up to η , the resonators 1 directly form pre-adjusted resonators 1 to η needs up to η of F i g. 1 according to, so that the adjustment often only needs to be made at the coupling element frequencies / 1, / 2, / 3 ... j η of the resonators and th K 12, K 23 ... of the oscillating circuits . The electrical 5 ° The zeros of the matrix element C are in the case of mechanical transducers W and W are in the equivalent double-sided idling of the equivalent circuit, F i g. 1, 2, circuit diagram by the in the input longitudinal branch or measured and therefore take into account the prerequisite that the coils 10 lying in the output longitudinal branch are not simulated according to the electromechanical coupling. elements I ₀ in Fig. 1, 2. According to the selected

Entsprechend den eingangs angestellten Über- 55 Kraft-Strom-Analogie nach Fig. 1, 2 entspricht dielegungcn läßt man die Ausgangsklemmen 6, 6' des ser Betriebsfall einem in beidseitig elektrischem Wandlers W entweder leerlaufen, oder es werden Kurzschluß gemessenen mechanischen Filter mit diese Klemmen kurzgeschlossen. Über den Eingangs- piezoelektrischen Antrieben.Corresponding to the above-mentioned force-current analogy according to FIGS. 1, 2, the output terminals 6, 6 'of this operating case are either allowed to run empty in an electrical converter W on both sides, or mechanical filters measured for short circuits are used with these terminals shorted. Via the input piezoelectric drives.

wandler W wird das Filter durch eine an den Klem- Der Zusammenhang zwischen den Fehlern der zurconverter W is the filter through a to the terminal The connection between the errors of the

men 5, 5' anliegende Wechselspannung variabler Fre- 60 Korrektur heranzuziehenden Elemente und den quenz zu mechanischen Schwingungen erregt. Diese Nullstellenfehlern, dargestellt durch die Koeffizienten Schwingungen werden wiederum abgenommen und der »Fehlermatrix«, ist für eine bestimmte Filtcrdie Freqrcnzen der Extremwerte gemessen. Dies läßt schaltung einmalig durch Analyse zu bestimmen, sich beispielsweise im Falle des Leerlaufs mit Hilfe Zum Abgleich werden sodann aus den Nullstellcn-. eines extrem hochohmigen Spannungsmessers bc- 65 fehlern eines Filters über die aus der Fehlermatrix wcrkslclligcn, der an die Ausgangsklemmen 6,6'angc- durch Inversion gewonnene »Korrcklurmatrix« die schlossen ist. Im Falle des Kutzschlusscs läßt sich Korrekturgrößen bestimmt, der Spannungsmesser durch einen geeigneten extrem Selbst bei einer sehr starken Vereinfachung desMen 5, 5 'applied alternating voltage of variable frequency 60 correction elements to be used and the mechanical vibrations. These zero errors, represented by the coefficients Oscillations are in turn removed and the "error matrix" is for a particular filter die Frequencies of extreme values measured. This allows the circuit to be determined once through analysis, For example, in the case of idling, the zeroing. of an extremely high-resistance voltmeter bc- 65 errors in a filter via those from the error matrix wcrkslclligcn, the "Corruption matrix" obtained at the output terminals 6,6'angc- by inversion is closed. In the case of the Kutzschlussc correction values can be determined, the voltmeter by a suitable extremely self with a very strong simplification of the

Verfahrens durch eine Beschränkung auf nur ein Matritxelement sowie auf die Anbringung gleich großer Korrekturen an symmetrisch zueinander liegenden Elementen, wobei im wesentlichen die sich sehr stark auswirkenden gleichsinnig gerichteten Fehleranteile dieser Elemente korrigert werden, ergeben sich bereits ganz wesentliche Verbesserungen des Filterverhaltens, wie dies das Beispiel in den F i g. 3, 4 zeigt. In den F i g. 3 und 4 ist die Betriebsdämpfung CT₀ nach Abzug des durch die Verluste hervorgerufenen Dämpfungsanteils im Durchlaßbereich eines Filters in Abhängigkeit von der Frequenz aufgetragen. F i g. 3 zeigt eine größere Anzahl von Fehlerverteilungen, d. h. den Streubereich einer größeren Anzahl mechanischer Tilter. Hierbei sind entweder die Koppler allein eder Koppler und Massen eines mechanischen Bandpasses mit Fehlern behaftet, die sich aus einem systematischen Fehlet und aus zufälligen Fehlern zusammensetzen. Sodann werden die mit Hilfe der Nullstellenfehler des Matrixelementes C über die Korrekturmatrix erfindungsgemäß bestimmten Korrekturen angebracht. Wie aus F i g. 4 zu erkennen ist, ist der Streubereich bei genau der gleichen Anzahl mechanischer Filter durch den Abgleich erheblich Kleiner geworden.Method by restricting only one Matritx element and applying corrections of the same size to elements that are symmetrical to one another, with essentially the very strong effects of the same-directional error components of these elements being corrected, there are already significant improvements in the filter behavior, as in the example in fig. 3, 4 shows. In the F i g. 3 and 4, the operational _{attenuation CT 0} after subtracting the attenuation component caused by the losses in the pass band of a filter is plotted as a function of the frequency. F i g. 3 shows a larger number of error distributions, ie the scatter range of a larger number of mechanical tilers. Either the couplers alone or each coupler and the masses of a mechanical bandpass filter are affected by errors, which are composed of a systematic defect and of random errors. The corrections determined according to the invention with the aid of the zero position errors of the matrix element C via the correction matrix are then applied. As shown in FIG. 4, the scatter range has become considerably smaller with exactly the same number of mechanical filters as a result of the adjustment.

Zur Durchführung des Abgleiches ist z. B. ein Feinsandstrahlgebläse geeignet. Da hiermit nur ein Materialabtrag möglich ist, sind die Koppler mit einem entsprechenden Vorhalt zu bemessen. Die automatische Messung der Nullstellen, die Gewinnung der Abgleichgrößen und die Steuerung der Abgleicheinrichtung werden von einem Prozeßrechner vorgenommen.To carry out the comparison is z. B. suitable a fine sandblasting fan. Therewith only one If material removal is possible, the couplers must be dimensioned with a corresponding allowance. the automatic measurement of the zeros, the acquisition of the adjustment variables and the control of the adjustment device are carried out by a process computer.

In F i g. 5 ist ein Beispiel dargestellt, bei dem die Steuerung zur Feststellung der Istfrequenzen, die Aus-Wertung der Frequenzdifferenzen, die Ermittlung der Stellgrößen sowie die Veranlassung zur Durchführung des Abgleiches durch einen Prozeßrechner vorgenommen wird. Innerhalb der gestrichelt umrahmten Schaltung 10 ist hierbei ein Prozeßrechner PR angeordnet, der vor- und rückwirkend mit einem ihm zugeordneten Prozeßelement PE verbunden ist, wie dies durch den Pfeil 11 kenntlich gemacht ist. Das Prozeßelement PE steht einerseits mit einem Frequenzmesser FM in Verbindung, der die Istfrequenz des ebenfalls nur schematisch dargestellten Filters F feststellt. Es sei dabei angenommen, daß das Filter F ein Filter gemäß F i g. 1 sei. Der Prozeßrechner in Verbindung mit dem ihm fest zugeordneten Prozeßclement steuert dabei die Feststellung der Istfrequenzen und nimmt gleichzeitig die Auswertung der Frequenzdifferenzen auf Grund der in den Prozeßrechner fest eingegebenen Werte für die Koppelfrequenzen, d. h. also für die freien Schwingungen des mechanisch gekoppelten Systems, vor. Gleichzeitig ermittelt der Prozeßrechner PR die Stellgrößen und veranlaßt über das Prozeßelement PE die Abgleichvorrichtung A am Filter F, d. h. also an den Resonatoren und an den Koppelelemcnten des Filters F, den Abgleich vorzunehmen. Der Abgleich läßt sich gegebenenfalls in mehrere Schritte, also beispielsweise in einen Grob- und einen Feinabgleich unterteilen. Darüber hinaus ist es möglich, daß durch den Prozeßrechner PR mehrere Abgleicheinrichtungen simultan gesteuert werden, wie dies durch die Pfeile 12 kenntlich gemacht ist. Mit anderen Worten heißt dies, daß mehrere Frequenzmesser FM und Abgleichvorrichiungen A an den Prozeßrechner PR angeschlossen werden können, was insbesondere deshalb günstig ist, weil die große Rechenkapazität eines derartigen Rechners dadurch gut ausgenutzt wird.In Fig. 5 shows an example in which the control for determining the actual frequencies, the evaluation of the frequency differences, the determination of the manipulated variables and the initiation of the adjustment are carried out by a process computer. A process computer PR , which is connected forwards and backwards to a process element PE assigned to it, as indicated by the arrow 11, is arranged within the circuit 10 framed by dashed lines. The process element PE is connected on the one hand to a frequency meter FM which determines the actual frequency of the filter F, which is also only shown schematically. It is assumed that the filter F is a filter according to FIG. 1 is. The process computer in conjunction with the process element permanently assigned to it controls the determination of the actual frequencies and at the same time evaluates the frequency differences based on the values for the coupling frequencies entered into the process computer, i.e. for the free oscillations of the mechanically coupled system. At the same time, the process computer PR determines the manipulated variables and, via the process element PE, causes the adjustment device A on the filter F, that is to say on the resonators and on the coupling elements of the filter F, to carry out the adjustment. The adjustment can, if necessary, be divided into several steps, for example into a coarse and a fine adjustment. In addition, it is possible for several adjustment devices to be controlled simultaneously by the process computer PR , as indicated by the arrows 12. In other words, this means that several frequency meter FM and Abgleichvorrichiungen A can be connected to the process computer PR, which is especially convenient because the vast computing power of such a machine is thus exploited well.

In F i g. 6 ist eine weitere Möglichkeit zum automatischen Abgleich des Filters F gezeigt. Es wird hierbei wiederum ein Prozeßrechner PR in Verbindung mit einem ihm unmittelbar zugeordneten Prozeßelemer.t PE verwendet. Durch die Pfeile 12 ist wiederum kenntlich gemacht, daß vom Prozeßrechner PR mehrere Abgleichvorrichtungen gesteuert werden können. Zur Schwingungsanregung des Filters F wird ein digitaler Sender 16 verwendet, dessen Frequenz über eine Frequenzsteuereinrichtung 17 vom Prozeßelement PE gesteuert wird. Die Amplituden A mp der vom Filter F abgegebenen elektrischen Schwingungen werden über einen Empfänger 18 und das Prozeßelement PE dem Prozeßrechner PR zugeführt. Entsprechend den Frequenzänderungen der Empfangsamplilüde steuert der Prozeßrechner die erforderlichen Frequenzstellschritte für den Sender 16 zur Auffindung aller Resonanzfrequenzen und übergibt nach Auffindung aller Resonanzen, nach der Ermittlung sämtlicher Frequenzdifferenzen und nach der Berechnung der Änderungsgrößen die Stellgrößen über das Prozeßelement PE an die Abgleichvorrichtung A zur Ausführung. Die Abgleicheinrichtung kann beispielsweise in Form eines Sandstrahlgebläses oder in Form eines Lasers ausgebildet sein. Das Sandstrahlgebläse nimmt nacheinander an allen abzugleichenden Stellen, also beispielsweise an Resonatoren und Kopplern, so viel Material weg, bis die Istwerte der Koppelfrequenzen mit den theoretischen Sollwerten in vorgebbaren Grenzen übereinstimmen. Wenn zum Abgleich ein Laserstrahl verwendet wird, dann wird das abzutragende Resonator- bzw. Kopplermaterial beispielsweise durch Verdampfen abgetragen. Die Strahlzeit bzw. die Lichtintensität für die Abgleicheinrichtung A wird also mit Hilfe der vom Prozeßelement PE gesteuerten Schaltungseinheit T gesteuert. Zum Abgleich der Koppelelemente ist es ebenfalls möglich, eine Einrichtung zum Nachtempern des für die Koppler verwendeten Materials vorzusehen. Es ist dies immer dann möglich, wenn für die Koppelelemente ein Material verwendet wird, das eine Anomalie im Temperaturkoeffizienten des Elastizitätsmoduls aufweist, wie dies in einem älteren Vorschlag P 20 47 899.3-35 bereits ausgeführt ist. In diesem Fall wird also durch die Schaltungseinheit T die Temperatur zum Nachtempern der Koppelelemente gesteuert.In Fig. 6 shows another possibility for automatic adjustment of the filter F. Here again a process computer PR is used in conjunction with a process element PE that is directly assigned to it. The arrows 12 again indicate that a plurality of balancing devices can be controlled by the process computer PR. To excite the filter F to vibrate, a digital transmitter 16 is used, the frequency of which is controlled by the process element PE via a frequency control device 17. The amplitudes A mp of the electrical oscillations emitted by the filter F are fed to the process computer PR via a receiver 18 and the process element PE. According to the frequency changes of the receiving sample, the process computer controls the necessary frequency setting steps for the transmitter 16 to find all resonance frequencies and, after finding all resonances, after determining all frequency differences and after calculating the change variables, transfers the manipulated variables via the process element PE to the adjustment device A for execution. The adjustment device can be designed, for example, in the form of a sandblasting blower or in the form of a laser. The sandblasting blower removes so much material one after the other at all points to be adjusted, for example at resonators and couplers, until the actual values of the coupling frequencies agree with the theoretical setpoint values within specifiable limits. If a laser beam is used for adjustment, the resonator or coupler material to be removed is removed, for example by evaporation. The beam time or the light intensity for the adjustment device A is thus controlled with the aid of the circuit unit T controlled by the process element PE. To adjust the coupling elements, it is also possible to provide a device for post-curing the material used for the coupler. This is always possible when a material is used for the coupling elements that has an anomaly in the temperature coefficient of the modulus of elasticity, as already stated in an older proposal P 20 47 899.3-35. In this case, the temperature for post-heating of the coupling elements is controlled by the circuit unit T.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen 409425/130For this purpose 3 sheets of drawings 409425/130

Claims

Patent claims:

1, circuit arrangement for balancing a mechanical filter, which consists of several, over mechanical Koppelelemcntc coupled resonators, of which at least the end resonators are connected to electromechanical transducers through which the electrical vibrations of a transmitter can be converted into mechanical vibrations and vice versa the setting of a specified transmission • characteristic by changing individual ones Filter elements takes place, and the balancing process is carried out in such a way that the measured frequency of the oscillations (double oscillation cn) with the calculated value of the coupling vibrations emem target / actual value comparison is subjected, and that one of the resulting frequency differences by resolution the relationship between element value deviations and coupling frequency deviations system of equations that calculates the present structural errors and from them the manipulated variables for a balancing device of the vibrating process computer is provided and the adjustment of the individual filter elements takes place through the manipulated variables, characterized in that that the transmitter has either an extremely high or an extremely low output resistance is assigned and the acceptance device either an extremely high pder has an extremely low input resistance, so that there are four possible combinations of two-sided Filter closures arise, and that at least in one of the four combinations of Extreme values of the terminating resistances the adjustment process is carried out.

2. Arrangement according to claim 1, characterized in that a reactance network is connected between the transmitter and the input transducer (z. B. W) and / or between the output transducer (z. B. W) and the acceptance device.

3. Arrangement according to claim 1 or 2, characterized in that the process computer (PR) controls several adjustment devices (12) simultaneously.

4. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that a digital transmitter (16) controlled by the process computer (PR) via 5 "a process element (PE) is provided for the excitation of vibrations of the filter (F) , that the amplitude (Amp) of the The electrical oscillations emitted by the filter (F) are fed via a receiver (18) and the process element (PE) to the process computer (PR) which, according to the frequency changes of the reception amplitude (Amp), finds the necessary frequency setting steps for the transmitter (16) controls all resonance frequencies, and after finding all resonances, after determining the frequency differences and calculating the change variables, transfers the manipulated variables via the process element (PE) to the adjustment device (A) for execution.

5. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for the adjustment of element-symmetrical filters, the adjustment resulting from the manipulated variables on symmetrically located filter elements alike ^ arrangement according to claim 5, characterized ge. indicates that the actual frequencies can be measured with mechanically free or mechanically clamped filter ends (1, n) and that the speed resonances of the filter body serve as a weight criterion,

7. Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that when using relatively precisely pre-balanced resonators (1 to / 0 the adjustment only takes place on the coupling elements (K 12, K23.K34 .).

8 Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that the balancing device (A) is designed as a sandblasting blower or in the form of a laser.

9 Arrangement according to one of the preceding claims, characterized in that for the adjustment of the coupling element : (K 12, K _23, £ 34) a device for changing its modulus of elasticity is provided for post-annealing.

The invention relates to a circuit arrangement for balancing a mechanical filter that consists of several, coupled via mechanical coupling elements Resonators saw, of which at least the end resonators with electromechanical Converters are connected through which the electrical Vibrations of a transmitter are converted into mechanical vibrations and vice versa the setting of a given transmission characteristic by changing individual filter elements takes place, and the synchronization process in the Way is carried out that the measured frequency of the vibrations (coupling vibrations) with the calculated value of the coupling vibrations is subjected to a set-Isl value comparison and that one from the resulting frequency d.flerenzen by dissolving the connection between System of equations representing element value deviations and coupling frequency deviations calculating the existing structural errors and, from this, the manipulated variables for a balancing device determining process computer is provided and by the manipulated variables of the adjustment of the individual filter elements takes place. ,

Mechanical filters are known m the them for suitable frequency range the group consisting of lumped elements filters, therefore considerably superior because they have a high Schwmgungssüte of the individual resonators and a high time constant in conjunction with a relatively high thermal stability at only a small space consumption . However, due to the unavoidable manufacturing tolerances and fluctuations in the material properties, it is not possible to directly achieve the theoretically specified transmission characteristics for a filter, and it is therefore necessary to correct the individual filter elements so that the transmission characteristics of the filter change as little as possible of the