DE2143187A1 - Anordnung zur drahtlosen uebertragung von messwerten ueber kurze entfernungen, insbesondere zur anwendung in radio - telemetriesonden - Google Patents

Description

• Anordnung zur drahtlosen Ubertragung von Meßwerten über kurze Entfernungen, insbesondere zur Anwendung in Radio-Telemetriesonden Anwendungsgebiet und Zweck Radio-Telemetriesonden sind kleine Hochfrequenzsender, die es gestatten, interessierende Meßgrößen auf elektrischem Wege vom zu untersuchenden ObJekt drahtlos abzunehmen.
• Radio-Telemetriesonden werden in der Medizin und Zoobiologie, im Maschinenbau und in anderen Bereichen eingesetzt.
• In vielen Fällen sollen Telemetriesonden möglichst kleine Abmessungen besitzen, damit sie entweder leicht in Mensch oder Tier eingebracht werden können oder - beispielsweise bei Messungen an bewegten oder rotierenden Teilen - durch ihre Ausdehnung bezw. Masse die Messung selbst nicht beeinträchtigen.
• Die Erfindung betrifft eine einfache und vielseitig anwendbare Anordnung zur drahtlosen obertragung von Meßwerten über kurze Entfernungen, beispielsweise bei der Messung von Druck, Temperatur, el.Spannung, Lichtintensität u.a., insbesondere zur Anwendung in Radio-Telemetriesonden mit sehr kleinen Abmessungen und hohem Wirkungsgrad, bestehend aus einem Hochfrequenz-Puls-Oszillator zur Erzeugung eines Hochfrequenzpulses mit einer vom Meßwert abhängigen Impulsdauer oder aber einer sehr konstanten Impulsdauer und einer vom Meßwert abhängigen Pausendauer.
• Die Erfindung hat den Zweck, vermittels der angegebenen An-Ordnung den Bau sehr kleiner, vielfältig anwendbarer Radio-Telemetriesonden zu ermöglichen, die in vielerlei Hinsicht Übertragungseigenschaften aufweisen, wie sie bislang nur von Anordnungen mit größerem Schaltungsaufwand und Stromverbrauch und schlechterem Wirkungsgrad bei größeren Abmessungen erreicht werden konnten.
• Stand der Technik Es wurden bereits verschiedene Anordnungen bekannt, die änderungen von Widerstandswerten in ein entsprechend pulsmoduliertes HF-Signal umsetzen und für Radio-Telemetriesonden benutzt wurden.
• So wurden einfache Dreipunkt-Oszillatoren mit instabilem Arbeitspunkt, verwirklicht durch einen Ladewiderstand und einen Kondensator im Basiskreis eines Transistors benutzt.
• Außer einem Schwingungskreis enthielten derartige Anordnungen keine weiteren Bauelemente (z.B. Mackay, Seiten 10 und 151).
• Hierbei war dann der ladewiderstand in der Form eines MeB-wandlers veränderlich ausgebildet, z.B. als TC-Widerstand, so daß sich in Abhängigkeit vom Widerstandswert eine wechselnde Pulsfrequenz ergab.
• Diese Anordnung weist zwar wenig Bauelemente und einen geringen Stromverbrauch auf und bedarf nur kleiner Betriebsspannungen.
• Sie ist jedoch mit mehre"en Nachteilen behaftet: 1.1.) Ein Pulsbetrieb ist nur oberhalb eines bestimmten Wertes des Ladewiderstandes möglich, so daß hierfür nur sehr hochohmige Widerstande als Meßwandler eingesetzt werden können. Bei zu kleinen Widerständen erbibt sich eine kontinuierliche Schwingung mit stabilem Arbeitspunkt.
• 1.2.) lastverhältnisse größer als 1:50 können kaum betriebssicher erreicht werden.
• 1.3.) Eine Begrenzung des Basisstromes erfolgt lediglich durch den transistor selbst. Die Folge sind außerordentlich kurze HF-Impulse mit nadelförmiger Hüllkurve und ein extrem niedriger Mittelwert des Betriebsstromes bei durchaus beträchtlichem Kollektorstrom während der Impulsdauer.
• Hieraus ergeben sich jedoch Schwierigkeiten, wenn eine solche Anordnung aus extrem kleinen Quecksilberzellen gespeist werden soll, da derartige Subminiaturzellen bei Unterschreitung eines vorgegebenen mittleren Mindestbetriebsstromes vorzeitig ausfallen und darüber hinaus auch noch empfindlich gegen impulsförmige Belastungen sind.
• 1.4.) Die kurzen nadelförmigen Impulse haben eine ungünstige spektrale Energieverteilung zur Folge. Außerdem tritt eine starke Frequenzmodulation der Hochfrequenzschwingung auf.
• Beide Effekte erschweren eine eindeutige Frequenzbestimmung sowie den gleichzeitigen Betrieb mehrerer derartiger Anordnungen innerhalb eines begrenzten Frequenzbandes.
• Insbesondere bei niedriger Pulsfrequenz können Störungen auf der Empfangsseite nicht mit einfachen Mitteln unterdrückt werden, zumal die Impulslänge selbst sehr stark vom Entladungszustand der Stromquelle abhängt.
• 1.5.) Die starke Frequenzmodulation läßt eine Beeinflussung des Schwingkreises zur Ubertragung eines weiteren Meßwertes nur unter Inkaufnahme großer Ungenauigkeit zu.
• 1.6.) Die Anordnung besitzt insgesamt keine amplitudenstabilisierenden Eigenschaften, und die Impulsform hängt stark von der Güte und Anpassung des Schwingkreises bezw. von Materialeigenschaften darin eventuell benutzter Ferritmaterialien ab.
• Es ist auch bekannt, jeweils einzelne dieser Nachteile durch bestimmte Maßnahmen abzuschwächen, wobei dann jedoch andere oder neu hinzugetretene Nachteile verstärkt in Erscheinung treten.
• Beispielsweise wurden in die Emitter- und Basisleitung des Transistors Widerstände eingeschaltet (z.B. Mackay Seite 80 Zeichnung A).
• Der Basiswiderstand begrenzt über den Basisstrom den Kollektorstroh während der Stromflußphasen. Er unterstützt dabei die Wirkung des Emitterwiderstandes, der wechselstronmäßig eine Gegenkopplung und gleichstrommäßig die Arbeitspunktverhältnisse einer Kollektorschaltung schafft.
• Durch diese Maßnahmen lassen sich die Nachteile 1.2.) bis 1.4.) zwar teilweise abschwächen. Die stabilisierende Wirkung der Emitterstromge genkopplung und der verringerte Basisstrombedari bei begrenztem Kollektorstrom haben jedoch zur Folge, daß bei einer Vergrößerung des Emitterwiderstandes auch der minimal zulässige Wert des Ladewiderstandes für Pulsbetrieb wesentlich erhöht werden muß, um noch ein Abreißen der Schwingungen zu gewährleisten.
• Bei vorgegebenen, begrenzten Ladewiderständen als Meßwandler kann somit die Emitterstromgegenkopplung nicht so groß wie an sich zweckmäßig gemacht werden, da durch ihre Einführung der Nachteil 1.1.) vergrößert wird - es sei denn, der Schwingkreis wird mit dem Effekt einer wiederum erhöhten Frequenzmodulation und zusätzlich auftretender Periodizitätsabweichungen durch Unstetigkeiten beim Schwingungseinsatz stark bedämpft.
• Die so modifizierte Anordnung besitzt zwar strombegrenzende Wirkung und verbesserte Einflußmöglichkeiten auf das Tastverhältnis, wodurch eine Speisung aus Subminiatur-Quecksilberzellen mit größerer Betriebssicherheit möglich ist. Auch erlaubt sie einen kleinen Aufbau. Dennoch birgt sie insgesamt folgende Nachteile: 2.1.) Wie unter 1.1.) mit der Verschiebung zu noch höheren Widerstandswerten, d.h. es ist ebenfalls ein sehr hochohmiger Meßwandler als Ladewiderstand erforderlich.
• 2.2.) Tastverhältnisse größer als 1:10 können kaum betriebssicher erreicht werden.
• Insbesondere bei großen Tastverhältnissen ist dabei nicht nur die Pausendauer, sondern auch die Impulsdauer vom Ladewiderstand abhängig.
• Dies rührt daher, daß bei längeren Impulsen der Basisstrom nicht nur aus dem Speicherkondensator, sondern zu einem merklichen Teil über den Ladewiderstand direkt bezogen wird.
• 2.3.) Der Basiswderstand kann Unstetigkeiten beim Schwingungseinsatz brKjistigen.
• 2.4.) Wie unter 1.6.) 2.5.) Wegen 2.2) können Störungen auf der @@mpfangsseite nicht mit einfachen Mitteln unterdrüc@t werden Es ist weiter bekannt, den Basisstrom bei der erwähnten Anordnung durch eine in Serie zum Kondensator im Basiskreis geschaltete Tunneldiode zu begrenzen (z.B. Mackay Seite 80 Zeichnung )G Hierzu ist jedoch erforderlich, daß der Basisstrom einen bestimmten Mindeaiwert erreicht, der durch den Höckerstrom der Tunneldiode festgelegt ist. Da dieser verhältnismäßig hoch liegt, kann eine begrenzende Wirkung erst bei relativ hohen Kollektorströmen erreicht werden. Aus diesem Grunde kann insbesondere bei kleinen Betriebsspannungen eine Emitterstromgegenkopplung nicht durchgeführt werden.
• Mit einer derart modifizierten Anordnung kann zwar ein HF-Puls mit schmälerem Spektrum erzeugt werden. Insgesamt sind jedoch folgende Nachteile vorhanden: 3.1.) Sie eignet sich nur bedingt zur Herstellung sehr kleiner Radio-Telemetriesonden, denn wegen des verhältnismäßig hohen Pulsstromes ist ein betriebssicheres Arbeiten an Subminiatur-Quecksilberzellen nicht möglich. Es müssen auch hier größere Zellen mit einer besseren Dauerimpulsbelastbarkeit verwendet werden, Außerdem sind bislang geeignete Tunneldioden aus fertigungstechnologischen Gründen nur in verhältnismäßig großen Gehäusen erhältlich.
• 3.2.) Die Impulsdauer hängt sehr stark vom Entladungszustand der Stromquelle ab.
• 5.6.) Wie unter 2.2.) 3.4.) Wie unter 1.5.) 3.5.) Wie unter 1.6.) In Anwendungsfällen, die entweder eine hohe Konstanz der Impulslänge, eine der Rechteckform näherkommende Hüllkurve, eine geringere Frequenzmodulation oder die Einsatzmöglichkeit von ohmschen Meßwandlern mit niedrigeren Widerständen bezw.
• ein größeres Tastverhältnis erforderben, war man bislang auf wesentlich aufwendigere Anordnungen angewiesen.
• Hierzu wurden Anordnungen benutzt, die aus einem HF-Oszillator und einer separaten Modulatorschaltung bestehen.
• Es ist bekannt, als Modulator einen normalen astabilen Multivibrator zu verwenden.Dabei werden dann beide, oder falls eine konstante Impulsdauer erwünscht ist, einer der beiden Basisableitwiderstände durch einen ohmschen Meßwandler ersetzt, der das Tastverhältnis bezw. die Pulsfrequenz entsprechend beeinflußt (z.B. Mackay Seite 80).
• Derartige Anordnungen bieten zwar die Möglichkeit, innerhalb gewisser Grenzen Impuls- und Pausendauer nahezu unabhängig voneinander durch Meßwandler zu beeinflussen. Doch besitzen sie folgende Nachteile: 4.1.) Die Anzahl der Bauelemente einer Telemetriesonde mit einem derartigen Modulator ist schon verhältnismäßig groß, was einem Kleinstaufbau sehr entgegensteht.
• 4.2.) Nicht nur während der Impulsdauer, sondern auch während der Pausendauer fließt über einen Transistor des Multivibrators ein Kollektorstrom, der als Verluststrom verlorengeht. Insbesondere bei kleinen Tastverhältnissen ergibt sich dadurch eine schlechte Ausnutzung der Kapazität; der Stromquelle.
• 4.5.) Um mit derartigen Anordnungen einen hohen Wirkungsgrad zu erreichen, muß der Multivibrator für sehr kleine Betriebsströme ausgelegt werden. Dies hat jedoch zur Folge, daß als Basisableitwiderstände ebenfalls nur Meßwandler mit sehr hohem Widerstand verwendet werden können, insbesondere wenn nur kleine Koppelkapazitäten mit geringen Leckströmen zugelassen werden.
• 4.4.) Die Möglichkeit, auch Meßwandler mit sehr niedrigen Widerständen einzusetzen, besteht trotz beträchtlich vergrößertem Schaltungsaufwand nicht.
• Es ist weiter bekannt, zur Abschwächung der Nachteile 4.2.) und 4.3.) den Kollektorwiderstand des während der Impulspause leitenden transistors durch einen komplementären Schalttransistor zu ersetzen (z.B. Mackay Seite 257). Hierdurch kann der Stromverbrauch während der Impulspause verringert werden.
• Nach wie vor bestehen jedoch folgende Nachteile: 5.1.) Noch ungünstiger wie unter 4.1.) 5.2.) Während der Impulsdauer fließt über einen Transistor des Multivibrators weiterhin ein Verluststrom, der den Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigen kann.
• 5.3.) Als Basisableitwiderstände kommen auch weiterhin nur relativ hochohmige Meßwandler in Betracht.
• 5.4.) Wie 4.4.) Es ist auch bekannt, insbesondere zur Realisierung kleiner Tastverhältnisse komplementäre Multivibratorschaltungen als Modulatoren in Telemetriesonden zu benutzen (z.B. Mackay Seite 363?. Bei derartigen Anordnungen sind während der Pausendauer beide Transistoren gleichzeitig gesperrt, so daß während dieser Zeit keine nennenswerten Verlustströme im Multivibrator auftreten. Es bestehen jedoch folgende Nachteile: 6.1.) Wie unter 4.1-1 6.2.) Während der Impulsdauer fließt über beide Transistoren des Multivibrators ein Verluststrom, der den Gesamtwirkungsgrad beeinträchtigen kann.
• 6.3.) Wie 5.3.) 6.4.) Wie 4.4.) 6.5.) Derartige Anordnungen benötigen zur einwandfreien Funktion eine betriebsspannung von mindestens 2,0 V.
• Dies erfordert jedoch die Speisung aus mindestens zwei in Serie geschalteten Quecksilberzellen, wodurch der Bau kleiner Telemetriesonden weiter erschwert wird.
• Es sind auch komplementäre Multivibratorschaltungen bekannt, die nur mit einem Koppelkondensator auskommen. Diese Anordnung gen sind zwar nur für kleine Tastverhältnisse geeignet, gesatten jedoch den Einsatz von Meßwandlern mit nur mäßig hohen Widerständen zur Beeinflussung der Impulsdauer.
• Mit Ausnahme von 6.3.) haften derartigen Anordnungen als Modulatoren für Telemetriesonden jedoch dieselben Nachteile wie unter 6.1.) bis 6.5.) an.
• Jndstelle: R. Stuart Mackay : "Bio-Medical-Telemetry" - Sensing and Transmitting Biological Information from Animals and Man -Second Edition 1970 / Wiley & Sons, Inc. New York Die angegebenen Seitenzahlen beziehen sich auf dieses Buch, Beschreibung Der vorliegenden Erfindung liegt der Gedanke zugrunde, zur Ubertragung eines Meßwertes mit einem Meßwertsender dem Meßwert einen Hochfrequenzpuls mit entweder vom Meßwert abhängiger Impulsdauer oder aber mit sehr konstanter Impulsdauer und einer vom Meßwert abhängigen Pausendauer zuzuordnen oder - im Falle der Abhängigkeit des interessierenden Meßwertes von einem Parameter - dem Parameter selbst die Impulsdauer/Pausendauer zuzuordnen und den parameterabhängigen Meßwert durch die Pausendauer/Impulsdauer zu übertragen.
• Die hierzu geeignete Anordnung besteht erfindungsgemäß aus einer beliebigen Grundschaltung eines LC- Oszillators, in die auf die in Abb.1 angegebene Weise bezw. sinngemäß zunächst ein weiterer Transistor, eine Diode und ein Widerstand mit einer prinzipiellen Wirkung dahingehend eingebracht werden, daß die Schaltung durch eine selbsttätige Steuerung in der Art einer Zwangsverriegelung zu Relaxationsschwingungen befähigt wird, die die Hochfrequenzschwingungen periodisch unterbrechen.
• Die Wirkungsweise wird anhand Abb. 1 beschrieben.
• Der in Abb. 1 gezeigten Anordnung liegt beispielsweise die Schaltung eines Dreipunkt-Oszillators zugrunde. Die Funktion der Anordnung ist jedoch nicht an diese Oszillatorschaltung gebunden, so daß Abb.1 auch andere SC- Oszillator- Grundschaltungen vertritt. R1 ist dabei stets der Stromgegenkopplungswiderstand des Oszillatortransistors, B vertritt jeweils die Stromquelle.
• Durch Bezug von ausreichendem Basisstrom über R3 ist der Transistor Q2 im Ruhezustand der Anordnung leitend, die Diode D1 wegen Vorspannung in Sperrichtung ohne einfluß.
• Der Kondensator C2 wird somit über R2 aufgeladen, wodurch die Basisspannung des bislang nichtleitenden Transistors Q1 ansteigt. Sobald eine obere kritische Spannung an C2 erreicht ist, die über einen entsprechenden Basisstrom in Q1 eine Schleifenverstärkung der Größe eins bewirkt, beginnt die Oszillatorschaltung aus C1, L, Q1, C2 und R1 mit der Resonanzfrequenz des Schwingkreises zu schwingen.
• Die Anzapfung 5 der Induktivität L ist so gewählt, daß der Spitzenwert der daran auftretenden HF-Spannung, gemessen gegen 0, größer ist als die Betriebsspannung zuzüglich der Schleusenspannung der Diode D1.
• Dies bewirkt, daß die Basis des Transistors Q2 durch Gleichrichtung an der Diode D1 positiv gegenüber dem Emitter von Q2 vorgespannt wird und QZ somit vollständig-sperrt. Da R3 einen sehr hohen Widerstand besitzt, ist die Belastung des Schwingkreises während der Stromflußphasen an D1 ohne Belang. Ferner kann deshalb die Basis-Emitter-Sperrschichtkapazität von Q2 als ausreichende Siebkapazität genutzt werden mit der Wirkung, daß die Basis von Q2 auch außerhalb der Stromflußphasen an D1 stets positiv gegenüber dem Emitter von Q2 verbleibt, eine gute Sperrung von Q2 also gewährleistet ist.
• Damit kann aber während des ablaufenden HF-Impulses über R2 weder der Kondensator C2 nachgeladen noch ein zusätzlicher Basisstrom in Q7 aufgebracht werden. Abgesehen von den konstanten Eigenschaften des Schwingkreises ist die Impulslänge somit lediglich vom Grad der Gegenkopplung durch R1 und der Kapazität des Kondensators C2 abhängig, keinesfalls aber vom momentanen Werb von R2, da der Ladestromkreis für die Dauer des fiF-Impulses unterbrochen ist.
• Durch den Basisstrombedarf von Ql während der Schwingungen nimmt die Ladung des Kondensators C2 bis zu einer unteren kritischen Spannung ab, bei der der Stromflußwinkel an der Basis von Ql nicht mehr ausreicht, um die Schwingungen aufrecht zu erhalten, wodurch die Hochfrequenzschwingung abreißt.
• Hierdurch wird die Sperrschichtkapazität von Q2 über R3 umgeladen und es s stellt sich wiederum über R3 ein Basisstrom für Q2 ein, der Q2 durchsteuert und damit den Ladestromkreis erneut schließt, sodaß der Kondensator C2 über den Ladewiderstand R2 wieder aufgeladen werden kann usw. usw.
• Die Anordnung bietet eine unerwartet günstige Kombination sehr vieler überraschender Vorteile: 1.) Die Anordnung arbeitet schon bei kleinen Betriebsspannungen ab 0,6 V völlig stabil.
• Die Die Anordnung besitzt einen außerordentlich guten und vom Tastverhältnis unabhängigen Wirkungsgrad, da bis auf den Basisstrom von Q2 keinerlei Verlustströme fließen.
• 3.) Die hochfrequente Verriegelung erlaubt Tastverhältnisse von ca. 1 : 1 x 10 bis 2: 1 4.) Sowohl die Impulsdauer als auch die Pausendauer können durch Beeinflussung zweier getrennter Stromkreise leicht verändert werden: a) Bei festen Werten R2 und C2 ergibt sich bei Änderung von Rl ein HF-Puls mit sich innerhalb weiter Grenzen ändernder Impulsdauer u n d sich ändernder Impulsrate.
• b) Bei festen Werten R1 und C2 ergibt sich bei Änderung von R2 ein HF-Puls mit sehr konstanter Impulsdauer und einer innerhalb sehr weiter Grenzen veränderlichen Pausendauer, da R2 wegen der hochfrequenten Verriegelung auch wesentlich niedrigere Werte annehmen kann, als dies ohne Verriegelung zur Erreichung eines Pulsbetriebes etwa durch einen unstablien Arbeitspunkt möglich wäre.
• c) Gibt man R1 und H2 feste Werte und verändert man mit C2 die beiden bestimmenden Stromkreisen gemeinsame Größe, so ändert sich die Pulsfrequenz in sehr weiten Grenzen, ohne daß sich hierbei das Tastverhältnis ändert.
• 5.) Der Einfluß von Änderungen der Betriebsspannung auf die Pausendauer ist gering, wenn man Betriebsspannungen größer als 1,0 V voraussetzt.
• 6.) Die Abhängigkeit; der impulsdauer von der Betriebsspannung weist über zunehmenden Betriebsspannungen ein sehr flaches Minimum auf, das in einem sehr günstigen Bereich zwischen 1,3 und 1,8 V liet. Bereits ohne Optimierung ist die Impulsdauer sehr konstant; bei geeigneter Dimensionierung liegen erreichbare Meßwerte bei etwa 1/2 % Änderung der Impulsdauer bei 20% anderung der Betriebsspannung.
• 7.) Die Anordnung bietet; die Möglichkeit, sowohl niederohmige Meßwandler anstelle von R1 zur Beeinflussung der Impulsdauer und der Impulsrate als auch hochohmige Meßwandler anstelle von R2 zur Beeinftussung der Impulsrate bei fester Impulsdauer zu verwenden.
• Dabei ist der Umstand, daß R1 nicht nur die Impulsdauer, sondern auch die Impulsrate beeinflußt, insofern nicht von Nachteil, da vermöge dieser Eigenschaft sowohl mit hochohmigen als auch mit niederohmigen Meßwandlern eine Beeinflussung der Impulsrate möglich ist.
• 8.) Durch die hochfrequente Verriegelung des Ladestromkreises kann die Emitterstromgegenkopplung sehr groß gemacht werden, ohne daß der Pulsbetrieb beeinträchtigt wird.
• Dadurch läßt sich eine wirksame Begrenzung des Kollektorstromes auch ohne Basisvorwiderstand, eine oberwellenarme HF-Schwingung mit nur sehr geringer Frequenzmodulation und eine der Rechteckform sehr nahekommende Hüllkurve der HF-Impulse realisieren.
• 9.) Die Dominanz der konstanten Impulsdauer ermöglicht eine Übertragung parameterbehafteter Meßgrößen derart, daß R1 durch einen den Parameter erfassenden Meßwandler ersetzt wird und ein weiterer Meßwandler anstelle R2 die parameterbehaftete Meßgröße erfaßt. Die Änderung der Impulsrate allein durch R1 ist dabei belanglos, da sie in die Eichung der Parameterabhängigkeit für R2 eingeht.
• Die Impulsdauer vertritt somit den Wert des Parameters, die Pausendauer den parameterbehafteten Meßwert.
• 10.) Zufolge der geringen Eigenfrequenzmodulation kann durch Beeinflussung des Schwingkreises ohne wesentliche Änderung der Dämpfungsverhältnisse noch eine weitere Meßgröße durch Frequenzmodulation simultan übertragen werden, ohne daß dadurch die übrigen Funktionen der Anordnung wesentlich beeinflußt werden.
• 11.) Die Eigenschaft der konstanten Impulsdauer läßt auf der Empfangsseite mit geringem Aufwand selektive Störaustastverfahren hoher Wirksamkeit zu.
• 12.) Der Aufwand an Bauteilen ist gering. Dadurch kann die Anordnung sehr klein aufgebaut werden.
• 13.) Bei Aufnahme eines bestimmten Mindestbetriebsstromes sind Subminiatur-Quecksilberzellen ohne Einschränkung als Stromquellen geeignet.
• 14.) Eine überraschende Eigenschaft der Anordnung besteht ferner darin, daß sie ohne wesentliche Erweiterung auf drahtlosem Weg mit Energie versorgt werden kann, und zwar auf zweierlei Weise: Zum einen kann die Stromquelle als Sekundärelement ausgeführt werden, das durch entsprechend lange Hochfrequenzeinstrahlung jeweils wieder nachgeladen werden kann.
• Zum anderen erlaubt die Anordnung in einer weiter veränderten Form unter völligem Verzicht auf eine eigene Energiequelle eine Betriebsart dergestalt, daß die Anordnung auf eingestrahlte hochfrequente Abrufimpulse jeweils mit der Aussendung eines kurzen HF-Pulses antwortet, der sowohl in der Impulsdauer als auch in der Pausendauer Information tragen kann.
• Diese Erweiterungen werden nachfolgend beschrieben.
• Anmerkungen: A) zu 4.)a) Es ist auch möglich, R2 konstant vorzugeben und gemäß Abb. 2 in den Ladekreis eine veränderliche Spannungsquelle M einzuschalten, deren Spannung Um gemessen werden soll.
• Für die zu messende Spannung gilt dann die Bedingung Um kleiner als UB - 0,5 V Mit zunehmender Spannung Um ergibt sich damit eine zunehmende Pausendauer.
• B) zu 9.) Beispielsweise kann anstelle R2 ein Druckaufnehmer aus Halbleitermaterial eingesetzt werden, dessen Temperatur als Störgröße von einem NTC-Widerstand anstelle R1 erfaßt und somit gleichzeitig übertragen wird.
• Erweiterung der Anordnung für drahtlose Energieeinspeisung Die schrittweisen Erweiterungen für drahtlose Energieeinspeisung werden in den Abbildungen 3 und 4 gezeigt.
• Abb.3 zeigt die Erweiterung für die Nachladung eines Sekundärelements B auf drahtlosem Wege vermittels eines äußeren hochfrequenten Energiefeldes.
• Sie besteht lediglich im Hinzufügen der Diode D2; die Wirkungsweise ergibt sich aus der nachfolgenden Beschreibung.
• Abb. 4 zeigt; die Erweiterung für Einzelabruf der Meßwerte in einem pulsierenden hochfrequenten Energiefeld unter Verzicht auf eine eigene Energiequelle.
• Sie besteht; im Prinzip lediglich im Ersatz des Sekundärelements B durch einen Speicherkondensator 03. Es werden jedoch zusätzlich noch die Dioden D3 und D4 sowie der Widerstand R4 in der gezeigten Weise eingefügt, da hierdurch die Eigenschaften der Anordnung ganz beträchtlich verbessert werden.
• Es wird die Wirkungsweise der Anordnung nach Abb. 4 beschrieben, da diejenige der Anordnung nach Abb. 3 darin enthalten ist.
• Bei Einstrahlung hochfrequenter Energie wird in L eine hochfrequente Wechselspannung induziert.
• Dies hat zweierlei zur Folge: Zum einen wird Q1 durch Emittergleichrichtung der Wechselspan-, nung zwischen 1 und 2 und Aufladen des Kondensators C2 vollständig gesperrt.
• Zum anderen wird die Wechselspannung zwischen 0 und 3 durch die Dioden D1 und 1)2 gleichgerichtet und über R4 dem Speicherkondensator C3 zugeführt. Bei diesem Vorgang wird auch Q2 gesperrt.
• Neben dem Effekt der Gleichrichtung verhindert die Diode D1 in zweiter Funktion, daß Q2 außerhalb der Stromflußphasen leitend wird. Der Speicherkondensator C3 wird geladen, bis die Schleusenspannung tler Dioden D3 und D4 erreicht ist.
• Dadurch ist sichergestellt, deß der Speicherkondensator C3 unabhänglg von Richtungs- oder Intensitätsänderungen des einstrahlenden hochfrequenten Energiefeldes stets eine annähernd konstante Ladeschlußspannung erreicht.
• Nach Abklingen des Energiefeldes wird Q2 leitend, wodurch C2 über R2 umgeladen wird, bis wie oben beschrieben die Schwingungen des oszillators einsetzen und ein kurzer HF-Puls ausgesandt wird.
• Die Diode D2 bewirkt; nunmehr in zweiter Funktion mit ihrer Sperrschichtkapazität eine weitere Glättung der Basis-Sperrspannung an Q2 während der Dauer der ausgesandten HF-Impulse.
• In dritter Funktion begrenzt sie die Basis-Sperrspannung an Q2 und zusätzlich noch die Amplitude der HF-Wechselspannung zwischen 0 und 3 einseitig auf einen Wert, der der Betriebsspannung zuzüglich der Schleusenspannungen der Dioden D1 und D2 entspricht. Im Zusammenwirken mit R4 wird damit die Amplitude der Hochfrequenzschwingung wirksam begrenzt, und bei geeigneter Gesamtdimensionierung liefert; die Anordnung einen HF-Puls mit weitgehender Rechteckform.
• Wird bei der Dimensionierung des Kondensators C3 und des Tastverhältnisses berücksichtigt, daß die Betriebsspannung bis zum Ende eines frei wählbaren Impulses auch im ungünstigsten Falle nicht unter eine bestimmte Schranke abgesunken ist, so kann die Pausendauer mit vorgebbarem Maximal fehler ohne weitere Einschränkung zu Messungen ausgenutzt werden.
• Extrem genaue Messungen bei drahtlosem Abruf-Puls-Betrieb sind indes unter Ausnutzung der Invarianz der Impulsdauer gegenüber Betriebsspannungsänderungen als wesentlicher Eigenschaft der Anordnung über die Beeinflussung der Impulsdauer durch einen Meßwandler anstelle von Rl möglich.
• Die Anordnung nach Abb.3 erlaubt somit ohne irgendwelche Einschränkung eine periodische Nachladung des Sekundärelements mit der Wirkung einer wesentlich verlängerten Betriebsdauer ohne Auswechseln der Stromquelle. Sie ist geeignet für Anwendungsfälle, die eine Versorgung mit hochfrequenter Energie während des Meßvorganges ausschließen.
• Die gemäß Abb.4 erweiterte Anordnung für Betrieb in einem pulsierenden Energiefeld verfügt über weitere überraschende Vorteile: 15.) Durch die angegebene Erweiterung gemäß Abb.4 wird keine der unter 1.) bis 12.) aufgeführt;en vorteilhaften Eigenschaften eingebüßt. Insbesondere erlaubt die Anordnung nach wie vor einen kLeinen Aufbau.
• 16.) Die Anordnung knnn auch weiterhin durch eine zuzuführende Gleichspannung gespeist werden.
• 17.) Die Anordnung weist eine unerwartet gute Amptit;uclenbegrenzung auf und Liefert unbeschen des geringen Aufwandes einen hochfrequenten Rachteckpuls hoher Qualität.
• 18.) Da die Anordnung bis herab zu Betriebsspannungen von 0,6 V stabil arbeitet, kann durch Beurteilung der Pausendauer bei Änderungen der Intensität oder der Frequenz des speisenden Energiefeldes leicht festgestellt werden, ob der Speicherkondensator Cf vollständig aufgeladen wird, d.h. die Begrenzung durch die Dioden D3 und D4 wirksam ist und somit die übertragenen Meßwerte innerhalb der zulässigen Fehlerschranken liegen.
• Darüberhinaus kann auch ohne weitere Erweiterung der Anordnung empfangs- bezw. energiesenderseitig durch einfache Maßnahmen eine automatische und kontinuierliche Überwachung bezw. Nachsteuerung des erregenden Energiefeldes am Orte der Telemetriesonde vorgenommen werden.
• 19.) Die Anordnung enthält keine Elemente mit beschränkter Lebensdauer und gewährleistet daher bei geeignetem Aufbau eine unbegrenzte Betriebsbereitschaft.

Claims (9)

Patentanspriche

1. Anordnung zur drahtlosen Übertragung von Meßwerten über kurze Entfernungen, insbesondere zur Anwendung in Radio-Telemetriesonden mit sehr geringen Abmessungen, bestehend aus einem lIochfrequenz-Puls-Oszillator zur Erzeugung eines Hochfrequenzpulses mit einer vom Meßwert abhängigen Impulsdauer oder aber einer konstanten Impulsdauer und einer vom Meßwert abhängigen Pausendauer, dadurchekennzeichnet, daß eine beliebige LC-Oszillatorschaltung zur Anwendung gelangt, in die auf die in Abb.1 angegebene Weise bezw0 sinngemäß ein weiterer Transistor Q2, eine Diode D1 und ein Widerstand R3 mit; einer prinzipiellen Wirkung dahingehend eingebracht werden, daß die Schaltung durch eine selbsttätige Steuerung in der Art einer Zwangsverriegelung zu IVelaxationsschwingungexl befähigt wird, die die Ilochfrequenzschwingungen periodisch unterbrechen.

2. Anordnung nach Anspruch 1. mit der in Abb.3 angegebenen Erweiterung durch die Diode D2, dadurch gekennzeichnet, daß die so erweiterte Anordnung bei Verwendung eines Sekungärelements als Energiequelle eine Nachladung desselben dadurch erlaubt, daß die Schwingkreisspule bezw.

die gesamte Anordnung in ein geeignetes hochfrequentes Energiefeid gebracht wird.

3. Anordnung nach Anspruch 1. mit der in Abb.4 angegebenen Erweiterung durch die Dioden D2, D3, D4, den Widerstand R4 und den Speicherkondensator C3, gegfs. auch ohne die Dioden D3 und D4 und ohne den Widerstand R4, dadurch gekennzeichnet, daß die so erweiterte Anordnung unter Verzicht auf eine eigene Energiequelle auf drahtlosem Wege kontinuierlicii mit Energie versorgt wird und sie dergestalt betrieben wird, daß die Anordnung jeweils auf einen eingestrahlten hochfrequenten Abrufimpuls mit der Aussendung eines kurzen kurzen Hochfrequenzpulses antwortet, der sowohl in der Impulsdauer als auch in der Pausendauer Information tragen kann.

4. Anordnung nach Anspruch 1., 2. oder 3.

dadurch gekennzeichnet, daß entweder anstelle der; Widerstandes R2 ein Meßwandler mit vom Meßwert abhängigem Widerstand oder aber gemäß Abb.2 in Serie zu einem feiten Widerstand R2 eine zu messende Spannung Um eingefügt wird mit der Wirkung, daß die Anordnung einen Hochfrequenzpuls mit einer konstanten Impulsdauer und einer vom Meßwert bezw. der zu messenden Spannung abhängigen Pausendauer erzeugt

5. Anordnung nach Anspruch 1., 2. oder 3.

dadurch gekennzeichnet daß anstelle des Widerstandes H1 ein Meßwandler mit vom Meßwert abhängigem Widerstand benutzt wird mit der Wirkung, daß die Anordnung einen Hochfrequenzpuls mit einer vom Meßwert abhängigen Impulsdauer und Impulsrate erzeugt.

6. Anordnung nach Anspruch 1., 2, oder 3., dadurch gekennzeichnet, daß sie sowohl nach Anspruch 4. als auch nach Anspruch 5.

gleichzeitig benutzt wird, 7. Anordung nach Anspruch 1., 2. oder 3., dadurch gekennzeichnet, daß sie entzeder nach Anspruch 4., 5. oder 6. oder ohne Beeinflussung den Tastverhältnisses und der Impulsrate durch Meßwandler benntzt wird und elne Beeinflussung des Schwingkreises zur Übertragung einer Meßgröße durch Frequenzmodulation erfolgt.

8. Anordnung nach Anspruch 3., dadurch gekennzeichnet, daß sie entweder nach Anspruch 4., 5., 6, oder 7. oder ohne Beeinflussung des Tastverhältnisses und der Impulsrate durch Meßwandler benutzt wird dergestalt, daß die Pausendauer in Abhängigkeit von der erreichten Ladespannung des Speicherkondensators C3 genutzt wird, um die tage bezw. Lagever-Lagever änderungen änderungen der Anordnung relativ zum erregenden Energiefeld festzustellen.

9. Anordnung nach Anspruch 3.

dadurch gekennzeichnet} daß sie entweder nach Anspruch 4., 5., 6. oder 7. benutzt wird dergestalt, daß eine Beurteilung der Pausendauer in Abhängigkeit von der Intensität der einstrahlenden Hochfrequenzenergie oder in Abhüngigkeit von der Frequenz der mit konstanter Intensität einstrahlenden Hochfrequenzenergie herangezogen wird, um die Ladeschlußspannung des Speicherkondensators C3 und damit die Einhaltung vorgebbarer Fehlerschranken für die Meßwertübertragung zu überwachen.