DE2113973A1

DE2113973A1 - Aufpralldetektor

Info

Publication number: DE2113973A1
Application number: DE19712113973
Authority: DE
Inventors: Armer Herbert Leslie
Original assignee: Mastertape Magnetic Ltd
Current assignee: Mastertape Magnetic Ltd
Priority date: 1970-03-23
Filing date: 1971-03-23
Publication date: 1971-10-07
Also published as: US3713130A; GB1302941A

Description

Mastertape (Magnetic) Limited, Slough, Buckinghamshire /

England

Aufpralldetektor

Die Erfindung bezieht sich auf einen Aufpralldetektor zum Erfassen der Berührung zweier relativ zueinander sich bev/egender Kröper.

Die Erfindung besteht darin, daß auf einem der Körper ein piezoelektrisches Element befestigt ist und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, wenn dieser Kröper in Kontakt mit dem anderen Körper kommt, und Verstärkereinrichtungen zum Verstärken des Ausgangssignals und durch das verstärkte Ausgangssignal betriebene Anzeige- und/oder Warneinrichtungen vorgesehen sind.

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Vorzugsweise wird das verstärkte Ausgangssignal einer Impulsformschaltung zugeführt, welche einen den Anzeige- oder Warneinrichtungen zugeführten Ausgangsimpuls erzeugt. Die Verstärkereinrichtungen können eine erste Stufe mit einer Rückführung, die aus einem auf die ausgewählte Ausgangsfrequenz des piezoelektrischen Elements abgestimmten Parallelresonanzkreis besteht, und eine zweite Stufe umfassen, welche von der ersten Stufe gesteuert wird und deren Ausgang über einen Pfad hoher Impeänz dem Eingang der ersten Stufe zugeführt wird. Wahlweise können die Verstärkereinrichtungen einen Punktionsverstärker umfassen, welcher ein zum Erzielen einer schmalen Bandpaßschaltung als Rückführschaltung verwendetes T-Brückennetzwerk einspeist, wobei das T-Brückennetzwerk in einem Punkt seiner Kennlinie, welcher der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements entspricht, keine Rückführung und entsprechend einen scharfen Anstieg in der Verstärkung des Verstärkers in diesem Punkt erzeugt.

Der Ausgang der zweiten Stufe kann über einen Demodulator dem Eingang einer Schmitt-Triggerschaltung zugeführt werden, welche einen Ausgangsimpuls zur Anzeige der Dauer des Kontakts oder Aufpralls zwischen den beiden Körpern erzeugt. Die Schmitt-Triggerschaltung kann eine monostabile Schaltung einspeisen, welche einen Impuls zum Betrieb eines Warnsystems beim Auftreten eines Kontakts oder Aufpralls zwischen den beiden Körpern erzeugt.

Die Erfindung schafft weiter eine Kombination mit einem oder mehreren der oben beschriebenen Aufpralldetektoren, welche so aufgebaut ist, daß sie eine Mehrzahl in einem Stapel· oder einem Packen angeordneter magnetischer Scheiben mit mindestens jeweils einer Seite der Scheiben zugeordneten

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Aufnahme- oder Wiedergabeköpfen umfaßt, und jeweils ein mit dem oder den Aufpralldetektoren verbindbares piezoelektrisches Element auf jedem Aufnahme- oder Wiedergabekopf befestigt ist

Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung dargestellt und werden im folgenden näher beschrieben. Es zeigen:

Pig. 1 ein vereinfachtes Schaltbild einer Ausführungsform

eines erfindungsgemäßen Aufpralldetektors, *

Pig. 2 ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform, und

Pig. 5 und 4 schematische Darstellungen zweier Anordnungen zum Erfassen eine-s Kontakts zwischen Aufnahme- oder Wieiergabeköpfen und zugehörigen in einem Stapel oder Packen angeordneten magnetischen Scheiben.

Die zu beschreibenden Ausführungsformen sind insbesondere für das Erfassen eines Aufpralls zwischen einem Aufnahme- oder Wiedergabekopf und einer magnetischen Scheibe geeignet, welche sich relativ zu dem Kopf dreht, und wobei der Kopf normalerweise etwas von der Oberfläche der Scheibe ^j durch einen Luftfilm entfernt gehalten wird. In einem solchen Gerät dreht sich die Vorrichtung mit einer recht hohen Geschwindigkeit, z.B. etwa 2000 U/min, und jeder körperliche Kontakt zwischen dem Kopf und der magnetischen Beschichtung der Scheibe infolge von Schmutz- oder Staubteilchen oder Mängeln in der Beschichtung der Seheibe können die Beschichtung und/oder den Kopf schnell zerstören und so einen Verlust der aufgenommenen oder abgenommenen Information bewirken. Es ist daher sehr wünschenswert, einen solchen Kontakt

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oder Aufprall erfassen zu können, damit dessen Ursache beseitigt und die Gefahr einer solchen Zerstörung oder eines Verlustes der Information verringert oder verrniedenwerden kann.

In Fig. 1 ist ein kleines piezoelektrisches Element P auf einem zu einer drehbaren magnetischen Scheibe gehörigen Aufnahme- oder V/iedergabekopf befestigt. Das Element P kann die Form einer kleinen keramischen Pille haben und ist auf Druck polarisiert,, um seitliche Bewegungen auszuschließen. Ein geeignetes Element wird von der Firma Plessey Ltd. aus keramischem Material PC5 hergestellt und hat einen Durchmesser von etwa 6 mm sowie eine Dicke von etwa 2 min. Das piezoelektrische Element kann eine Ausgangsfrequenz von etwa 40 kHz erzeugen, welche als die Resonanzfrequenz des Elements auftritt. Diese Ausgangsfrequenz, welche bei einem körperlichen Kontakt zwischen dem Kopf und der Scheibe erzeugt wird, wird einem Verstärker Al, für welchen ein Feldeffekttransistor verwendet sein kann, zugeführt, um eine hohe Eingangsimpedanz und eine geringe Geräuschverstärkung zu erhalten. Der Ausgang des Verstärkers Al wird einem selektiven Verstärker zugeführt, welcher aus zwei Verstärkern Λ2 und Α"^λ in Form von Funktionsverstärkern besteht. Der Verstärker A2 hat eine Rückführung, welche aus einem LC-Parallelschwingkreis hoher Güte besteht, dessen Resonanzfrequenz gleich der Ausgangsfrequenz des piezoelektrischen Elements P ist. Der Verstärker A3 hat eine Rückführung, welche aus einem Widerstand Rl besteht, und eine Gesa:i:trückführun£ ist von seinem Ausgang zum Eingang des Verstärkers A2 über zwei Zenerdioden Dl, D2, welche gegeneinander geschaltet sind, und einen in Reihe geschalteten Widerstand R2 vorgesehen.

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Der Ausging des Verstärkers AJ wird über einen weiteren Verstärker A4 einem Demodulator zugeführt, welcher aus Dioden D^ und d4 besteht und eine Schmitt-Triggerschaltung ST speist, deren Aucg-aig einer monostabilen Schaltung M zugeführt wird.

I:n Betrieb ist die Eingangsimpedanz sowohl beim invertierenden als auch beiii. nicht invertierenden Eingang des Verstärkers Λ2 bei Frequenzen außerhalb der Resonanz groß, da in diesem Zustand die Rückführung stark ist und eine hohe Dämpfung für Frequenzen außerhalb der Abstimmung ergibt. Wenn die Resonanz erreicht wird, fällt die Ein- \ gangsimpedanz an beiden Eingängen, die Impedanz des LC-Rückführungskreises nimmt jedoch zu, so daß die Verstärkung infolge der fallenden Rückführung am invertierenden Eingang zunimmt. Zur gleichen Zeit fällt die Gesumtrückführung über die Dioden Dl und D2 zu dem nicht invertierenden Eingang infolge der abnehmenden Eingangsirnpedanz. Der Ausgang ist axe Differenz der zwei Eingänge und niedrig gemacht. Auf diese Weise bleibt die schmale Bandbreite des LC-Schwingkreises hoher Güte erhalten, während gleichzeitig der Nachteil des langsamen Ansprechens derartiger Schwingkreise vermieden wird. Die Schmitt-Triggerschaltung ST erzeugt einen Impuls mit einer Länge λ proportional der Dauer des Kontakts oder Aufpralls, und die monostabile Schaltung M wird durch die Rückflanke dieses Impulses gestriggert, um einen logischen Ausgangsimpuls für eine Warneinrichtung zu erzeugen, welche eine Lampe oder eine hörbare Warneinrichtung sein kann.

Von dem Verstärker Aj5 kann ein Ausgang OPl und von der Schmitt-Triggerschaltung ST ein Ausgang 0P2 abgenommen v/erden. Dor Ausgang OPl kann einem Oszilloßkop zugeführt

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werden und seine Hüllkurve und Amplitude geben eine Anzeige der Art des Kontakts oder Aufpralls. Der auf ein Oszilloskop gegebene Ausgang 0P2 ermöglicht die Messung der Dauer des Kontakts oder Aufpralls.

In Fig. 2 ist ein Schaltbild einer weiteren Ausführungsform eines Aufpralldetektors entsprechend der Erfindung gezeigt. Ein piezoelektrisches Element P, welches ähnlich dem in der Ausführungsform nach Pig. I verwendeten sein kann, erzeugt bei einem körperlichen Kontakt zwischen einem Aufnahme- oder Wiedergabekopf und einer magnetischen Scheibe einen Ausgang, und dieser Ausgang wird einem Transistor Tl eines Verstärkers zugeführt. Der Ausgang des Transistors Tl wird, einem Funktionsverstärker A5 zugeführt,

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welcher seinerseits/T-Brückennetzwerk N speist, welches als Rü&kführschaltung zum Erzielen einer schmalen Bandpaßschaltung verwendet wird. Das T-Brückennetzwerk erzeugt eineNullphasenverschiebung im Mittelpunkt seiner Kennlinie, welcher der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements P entspricht und ergibt hierdurch einen scharfen Anstieg in der Verstärkung des Funktionsverstärkers in diesem Punkt. Von einer Ausgangsklemme des Funktionsverstärkers kann ein Ausgang OP^ abgenommen und einem Oszilloskop zugeführt werden, um ein BiJ.d der bei einem Aufprall auftretenden Impulsform zu erzeugen, wobei die Hüllkurve und Amplitude des Impulses eine Anzeige der Art des Kontakts oder Aufpralls ergeben. Der Ausgang von dem Funktionsverstärker A5 wird über einen Demodulator mit Dioden D5 und Do einer aus Transistoren $2 und T3 bestehenden Schmitt-Triggerschaltung zugeführt. Der Ausgang von der Schmitt-Triggerschaltung wird einer gleichstromgekoppelten monostabilen Schaltung bestehend aus Transistoren T4 und T5

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zugeführt, welche einen Impuls genügender Länge zum Betrieb einer Spule B einer magnetisch betriebenen Reedrelaiseinrichtung RL erzeugt. Diese letztere Einrichtung betätigt eine Warneinriellung W wie eine Lampe oder eine hörbare Warneinrichtung.

In der Praxis wie bei der Informationsspeicherung sind eine Mehrzahl magnetischer Scheiben in einem Stapel oder Packen angebracht, und ein Aufnahme- oder Wiedergabekopf ist jeder Seite jeder Scheibe zugeordnet. Das ist schematisch in Pig. 3 und 4 gezeigt, v/o ein Stapel von Scheiben D auf jeder Seite jeder Scheibe einen zugehörigen Aufnahme- oder | Wiedergabekopf H aufweisen und ein piezoelektrisches Element P auf jedem Kopf befestigt ist. Der Übersichtlichkeit halber sind nur einige Scheiben des Stapels gezeichnet und der Abstand zwischen den Scheiben ist übertrieben. In der Anordnung nach Pig. j5 ist ein einziger entsprechend Pig. I oder 2 aufgebauter Aufpralldetektor DT vorgesehen, und ein Wahl-..,halter S schaltet die piezoelektrischen Elemente P "wahlweise auf den Aufpralldetsktor.DT. Alternativ kann wie in der Anordnung nach Fig. 4 gezeigt mit jedem der piezoelektrischen Eleir-ente P ein getrennter Aufpralldetektor DT verbunden sein.

Der erfindungsgemäi?>e Detektor kann auch zum Erfassen % und Prüfen von Oberflächenmängeln bei magnetischen Scheiben während der Herstellung und der Prüfung verwendet werden. Weiter kann er auch im Zusammenhang mit anderen Gegenständen als magnetischen Scheiben verwendet werden, um Perioden unerwünschten Kontakts zwischen zwei relativ zueinander bewegbaren Körpern zu erfassen, welche sehr nahe zueinander angeordnet aber normaler-weise außer Kontakt sind. Es versteht eich, 'lafc sich beide Korper bewegen können oder einer fest i."t unl der andere sich bewegt.

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Claims

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Patentansprüche

1. / Aufpralldetektor zum Erfassen der Berührung zweier relativ zueinander sich bewegender Körper, dadurch g e kennzeichnet, daß auf einem der Körper (H) ein piezoelektrisches Element (P) befestigt ist und ein elektrisches Ausgangssignal erzeugt, wenn dieser Körper (H) in Kontakt mit dem anderen Körper (D) kommt, und Verstärkereinrichtungen (Al, A2, A3, A4, Tl, A5) zum Verstärken des Ausgangssignals und durch das verstärkte Ausgangssignal betriebene Anzeige- und/oder Warneinrichtungen (W) vorgesehen sind.

2. Detektor nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das verstärkte Ausgangssignal einer Impulsformschaltung zugeführt wird, welche einen den Anzeige- oder Warneinrichtungen zugeführten Ausgangsimpuls erzeugt.

3· Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtungen eine erste Stufe (A2) mit einer Rückführung, die aus einem nuf die ausgewählte Ausgangsfrequenz des piezoelektrischen Elements (P) abgestimmten Parallelresonanzkreis (LC) besteht, und eine zweite Stufe (A3) umfassen, welche von der ersten Stufe gesteuert wird und deren Ausgang über einen Pfad hoher Impedanz dem Eingang der ersten Stufe zugeführt wird.

4. Detektor nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Verstärkereinrichtungen einen

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Punktionsverstärker (A5) umfassen, welcher ein zum Erzielen einer schmalen Bandpaßschaltung als Rückführschaltung verwendetes T-Brückennetzwerk (N) einspeist.

5· Detektor nuch Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß das T-Brückennetzwerk (N) in einem Punkt seiner Kennlinie, welcher der Resonanzfrequenz des piezoelektrischen Elements (P) entspricht, keine Rückführung und entsprechend einen scharfen Anstieg in der Verstärkung des Verstärkers in diesem Punkt erzeugt.

C. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang der Verstärkereinrichtungen über einen Demodulator {Ώ~$> d4, D5, Do) dem Eingang einer Schmitt-Triggerschaltung (3T, T2, 13 ) zugeführt wird, welche einen Ausgangsimpuls zur Anzeige der Dauer des Kontakts oder Aufpralls zwischen den beiden Körpern (H, D) erzeugt.

7. Detektor nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Schmitt-Triggerschaltung (ST, T2, Tj5) eine monostabile Schaltung (M, T4, T5) einspeist, vrelche einen Impuls zum Betrieb eines Warnsystems ä beim Auftreten eines Kontakts oder Aufpralls zwischen den beiden Körpern (H, D) erzeugt.

<j. Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß von den Verütärkereinrichtungen ein Ausgang abgenommen und einem Oszilloskop zugeführt wird, um eine Anzeige der Art und/ oder Dauer des Kontakts oder Aufpralls zu ergeben.

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9· Detektor nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Warneinrichtungen aus einer Lampe oder einer hörbaren Warneinrichtung bestehen.

10. Kombination mit einem oder mehreren Aufpralldetektoren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch ge kennzeichne t , daß sie eine Mehrzahl in einem Stapel oder einem Packen angeordneter magnetischer Scheiben (D) mit mindestens Jeweils einer Seite der Scheiben zugeordneten Aufnahme- oder Wiedergabeköpfen (H) umfaßt, und jeweils ein mit dem oder den Aufpralldetektoren (DT) verbindbares piezoelektrisches' Element (P) auf jedem Aufnahme- oder Wiedergabekopf (H) befestigt ist.

11. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß die piezoelektrischen Elemente (P) selektiv auf einen gemeinsamen Aufpralldetektor (DT) schaltbar sind.

12. Kombination nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß mit jedem piezoelektrischen Element (P) ein getrennter Aufpralldetektor (DT) verbunden ist.

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