DE2214961C3

DE2214961C3 - Anordnung zur Ermittlung der Lagekoordinate einer Sonde

Info

Publication number: DE2214961C3
Application number: DE19722214961
Authority: DE
Inventors: Heinz-Wolfram Dipl.-Ing. 8600 Bamberg Glauert
Original assignee: Hahn-Meitner-Institut fur Kernforschung Berlin 1000 Berlin GmbH
Current assignee: Hahn-Meitner-Institut fur Kernforschung Berlin 1000 Berlin GmbH
Priority date: 1972-03-27
Filing date: 1972-03-27
Publication date: 1974-09-19
Also published as: DE2214961B2; DE2214961A1

Description

In einer hierzu geeigneten bekannten Anordnung kann eine zweidimensional Lagekoordinate durch Ausmessen eines Strömungsfelds bestimmt werden. Eine derartige Anordnung ist aus G. A. Rose »Light-Pen« Facilities for Direct View Storage Tubes -An Economical Solution for Multiple Man-Machinc Communication IEEE Trans, on EC 1965, Aug. Seite 637 bis 639, bekannt. Das Strömungsfeld wird durch Zuführen eines Stromes am Rand der Leiterbahn erzeugt. Die Bestimmung zweidimensionaler Lagekoordinaten ist aber infolge der komplizierten Stromzuführungschr aufwendig. Ein weiterer Nachteil ist, daß die Sonde beim Ausmessen des Strömungsfelds in Berührungskontakt mit der Leiterbahn stehen muß.

Wird, wie aus der USA.-Patentschrift 3 423 528 bekannt, ein Potcntialfcld mit orthogonalen Spannungsgradientcn in einer Leiterbahr, mit Hilfe einer kapazitiv einkoppclndcn Sonde ausgemessen, so entfallt zwar die Notwendigkeil des unmittelbaren Berührungskontakts, die Erzeugung des Potcntialfelds ist jedoch auch hier kompliziert und aufwendig. Entsprechendes gilt, wenn, wie aus Tbc Sylvania Tablet: A New Approach to Graphic Data Input, J. F. Te ixeira, R. P. Sallcn, Proceedings of the Spring Joint Computer Conference 1968 American Federation of Information !'recessing (AFIPS), Seite 315 his 321 bekannt, Phasenmessungen einer auf einer Metallschicht angeregt αϊ Oberflächenwelle durchgeführt werden.

Aus L. ü. Roberts: The Lincoln Wand, Proceedings of the Fall Joint Computer Conference (FJCC) (AFIPS) 1966, Seite 223 bis 227, ist weiterhin

die Bestimmung zweidimensionaler Lagekoordinaten mit Hilfe von Ultraschall-Laufzeitmessungen bekannt. Ein Mirkofon empfängt hierbei Ultraschallsignule mehrer an unterschiedlichen Orten angeordneter Ultraschallsender. Aus den Laufzeitunterschieoen zwischen dem Mikrofon und den einzelnen Ultraschall-Sendern können dann die Lagekoordinaten des Mikrofons bestimmt werden.

In einer aus M. R. Davis, T.O. Ellis ; The Rand Tablet: A Man-Machine Graphical Communication

'S Device Proe. FJCC 1964 (AFIPS) Seite 325 bis 331, bekannten Anordnungsind in einer begrenzten Fläche eine Vielzahl von Leitern rasterförmig angeordnet. Jedem dieser Leiter wird eine diesen Leiter kennzeichnende Impulsfolge zugeführt, die von einer über

den Leitern sich befindenden Sonde durch kapazitive oder induktive Kopplung empfingen werden kann. Der Abstand zwischen der Sonde und dem nächstbeluiLhbarten Leiter ist jedoch begrenzt, da sichergestellt werden muß, daß nur die von diesem Leiter ausgesandte Impulsfolge empfangen wird.

Arch die aus M. H. Lewin: A Magnetic Device for Computer Graphic Input, Proc. FJCC 1965, Seite 831 his 838 bekannte Anordnung hat den Nachteil eines bei ausreichender Meßgenauigkeit unzurei-

eilenden Abstands zwischen eintr Vielzahl in einer Meßebene angeordneter Leiter und einer magnetisch an diese Leiter ankoppelnden Sonde. Die Meßebene besteht aus einer Vielzahl von Leiterschichten, die jeweils einem unterschiedlichen Bit der digitalisierten

Lagekoordinaten der Sonde zugeordnet sind. Die Leiterschichten sind hierzu entsprechend diesen Bits in Abschnitte unterteilt, deren Leiter vom Strom in gleicher Richtung durchflossen werden, wobei jedoch die Stromrichtung benachbarter Abschnitte vorschieden ist.

Eine mögliche Ausführungsform einer Sonde ist aus der USA.-Patentschrift 3 444 465 zu entnehmen. Die Sonde ist als Kugelschreiber ausgebildet, über dessen Minenspitze kapazitiv an ein elektrisches Feld ange-

koppelt werden kann. Eine derartige Sonde eignet sich nicht nur zur Ankopplung an elektrische Felder in der Umgebung von Leitern, sondern auch, wie aus Elektronischer Kugelschreiber als Eingabegerät, Elektronik 1972 Heft 3, Seite 74, zu entnehmen ist, an clek-Irische Spannungswellen in einer piezokeramischen Platte.

Sämtliche vorstehend betrachteten Möglichkeiten zu! Ermittlung der Lagekoordinate einer Sonde sind jedoch im Hinblick auf ihren konstruktiven oder schaltungstechnischen Bedarf relativ aufwendig oder in ihrer Fuiiktionsfähigkeit begrenzt.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Anordnung zu schaffen, die es gestattet, die Lagckoordiiiittc einer Sonde in einer Koordinalenrichtung zu bestimmen und hierbei gleichzeitig weitgehend unabhängig von ihrer Lagekoordinate in iincr anderen Koordinatenrichtung zu sein.

Die vorstehend aufgezeigte Aufgabe wird bei einer Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch eine Vielzahl gleichlanger, mit konstantem oder stetig verändertem Absland voneinander und parallel nebeneinander in einer Koppelf/ächc <icr I.aufzeitleilung liegender I.eilerabschnilte. die zur

Bildung der Laiifzcitleitung in einer von der Signalverzögerungsrichtung verschiedenen Richtung in der Koppelflächc verlaufen und am Anfang und F.ndc niit jeweilscMicm der benachbarten Lcitcrabschnitte über einen Leiter verbunden sind, und durch einen an ei nem Ende der Laufzeitleitung angeschlossenen Signalsendcr und/oder Signalempfiingcr und einen am anderen Ende der Laufzeitleitung angeschlossenen Abschlußwiderstand gelöst.

Die Erfindung hat gegenüber den eingangs genannten bekannten Anordnungen den Vorteil, bei der Bestimmung der Lagekoordinate der Sonde weitgehend unabhängig von Lagekoordinaten in anderen Koordinatenrichtungen zu sein. Die besondere Ausbildung der Laufzeitleitung erlaubt Verschiebungen der Sonde senkrecht zur Signalverzögerungsrichtung, ohne die Funktionsweise der Anordnung zu ändern. Die kapazitive oder induktive Kopplung der Sonde ermöglicht die Ermittlung der Lagekoordinate auch ohne galvanischen oder mechanischen Kontakt mit der Laiifzcitleitung. Durch den Abstand der parallelen Leiterabschnitte voneinander kann auf einfache Weise der Maßstab, in dem die Lagekoordinate ermittelt wird, festgelegt werden. Die erfindungsgemäße Anordnung erlaubt die genaue Bestimmung der Lagekoordinatc der Sonde mit relativ geringem schaltungstechnischen und konstruktiven Aufwand. Die Meßgenauigkeit, mit der die Lagekoordinatc bestimmt werden kann, ist vom Abstand der Sonde zur Laufzeitleitung weitgehendst unabhängig.

Die Unempfindlichkeit gegen äußere Störeinfliisse wird besonders groß, wenn die Laufzeitleitung eine den Leiterabschnitten auf ihren der Sonde abgekehrten Seiten und wenigstens innerhalb der Koppelfläche parallele und dicht benachbarte Metallfläche aufweist.

Die geometrischen Abmessungen der Laufzeitleitung werden bei gleichbleibender elektrischer Lange besonders klein, wenn eine Isolierschicht mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer als eins zwischen den Leiterabschnitten und der Mclallflächc aufgebracht ist.

Die Meßgenauigkeit ist um so höher, je geradliniger und paralleler die Lcitcrabschnitte innerhalb der Koppelflächc angebracht sind. Eine konstruktionsmäßig besonders einfache und billig herzustellende Laufzeitleitung erhält man durch Ausbildung der Leiterabschnitte als Abschnitte einer Drahtwicklung um eine Trägerplatte ars Metall.

Eine insbesondere auch zur Herstellung in gedruckter Schaltungstechnik geeignete Ausführungsform, die einerseits einen sehr geringen Absland der Leiterabschnitte voneinander, andererseits auch eine einfache Fertigung größerer Stückzahlen zuläßt, weist eine mäanderförmige Verbindung des einen Endes des jeweiligen Leiterabschnitts mit dem direkt benachbarten Ende des in der Signalverzögurungsrichtung nächstfolgenden Leiterabschnitts durch den verbindenden Leiter auf.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung ist die Laufzeitleitung durch ein elektrisches Impulssignal angesteuert. Auf diese Weise kann die Lagekoordinatc der Sonde in besonders kurzer Zeit mit relativ hoher Genauigkeit ermittelt werden.

Es können besonders einfache Signalsendcr und eventuell an die Sonde angeschlossene Auswerteschaltungen verwendet werden, wenn die Laufzeitleilung durch ein elektrisches Signal mit sinusförmigem Zeit verlauf angesteuert ist.

I)ci Einfluß kapazitiv in die Laufzeitleitung einkuppelnder Störspannungen wird minimal bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung, sobald die elektrische Länge der Laufzeitleitung einer Phasen- - 5 winkcländcnmg des elektrischen Signals von ungefähr gleich oder weniger als 360' entspricht.

Den Vorteil eines besonders geringen schallungstechnischcn Aufwands bei der Phasenmessung erzielt man, wenn die elektrische Länge der Laiifzcitieitung

ίο einer Phascnwinkeländerung des elektrischen Signals von vorzugsweise weniger als 180' entspricht.

Durch zwei die gleiche Koppelfläche zur Kopplung mit der Sonde ausnutzende, aber unterschiedliche Signal Verzögerungsrichtungen festlegende Laufzeit lci-Hingen können in vorteilhafter Weise die Lagekoordinaten der Sonde in einer Fläche bestimmt werden. Werden bei der vorstehend beschriebenen Ausgestaltung zwei Laufzeitlcitungcn für senkrecht aufeinanderstellende Signalverzögerungsrichtungcn vcrwendel, so ergibt sich der Vorteil besonders leichter Auswertbarkeit der Meßergebnisse.

In einer elektrisch besonders günstigen Anordnung der Verzögerungsleitungen sind die Leiterabschnitte der Laufzcitlutungen wenigstens innerhalb der Kop-

»5 pelflächc miteinander verwebt.

Um die Kopplung zwischen beiden Laufzeitlcitungcn mit relativ geringem Aufwand zu kompensieren, ist es vorteilhaft, je eine in die zugehörige Laufzeitleitung im wesentlichen kapazitiv einkoppelndc Kom-

pensationsabschirmung für jede der beiden Laufzeilleitungen vorzusehen und je einen bezüglich Verstärkung und Phasendrehung seines Ausgangssignals einstellbaren Versiärker, mit seinem Ausgang an die Kompensationsabschirmung der jeweils einen Lauf-Zeitteilung und mit seinem Eingang an den Signalsender der jeweils anderen I aufzeitleitung oder an je einen zusätzlichen Slcucrsender anzuschließen.

Eine sehr einfach zu realisierende Ausführungsform besteht darin, daß die Kompensalionsabschirmung eine Metallfolie ist, die die nicht innerhalb der Koppelflächc liegenden verbindenden Leiter auf einer Seite bedeckt, und daß die andere Seite dieser Leiter von einem mil der Erdleitung verbundenen Schirm überdeckt ist.

Eine weitere, ebenfalls sehr einfach zu realisierende Ausführungsform verwendet als Kompensationsabschirmung einen zusätzlichen, parallel zu den Leiterabschnitten der Laufzeitleitung verlegten Leiter. Will man beide Laufzcitleitungen gleichzeitig zur

gegenseitigen Kompensation auftretender störender Kopplungen ausnutzen, so geschieht dies besonders wirkungsvoll durch je eine Leitungsunterbrechung in der Mitte beider Laufzeitleitungen, durch jeweils zwei an die Enden der Leilungsunterbrechung oder an die

Enden der Laufzeitleitung angeschlossene Signalsender mit einem Ausgangssignal gleicher Amplitude und entgegengesetztem Vorzeichen und durch jeweils zwei an die verbleibenden Enden angeschlossenen Abschlußwiderständc.

In einer weiteren zweckmäßigen Ausgestaltung der Erfindung sind die beiden Laufzeitleitungen zeitlich abwechselnd betreibbar. Auf diese Weise sind die zwischen den Laufzeitleitungen vorhandenen Kopplungen auf relativ einfache Weise zu unterdrücken.

In vorteilhafter Weise wird die Unterdrückung der Kopplungen gemäß der vorstehenden Ausgestaltung dadurch sichergestellt, daß die jeweils nicht betriebene Laufzeitleitung an den Enden und/oder an mch-

rcr sch

lci zu

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li · η

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rcrcn Anzapfungen über elektronische .Schalter kurzschließbar ist.

Der Vorteil, für die Speisung der beiden Laufzeitleitungen ein und denselben Signalsender verwenden zu können, ergibt sich, wenn die zu verzögernden Signale der beiden LaufzcitleiUingcn gleiche Frequenz haben.

In einer zweckmäßigen Ausgestaltung weisen die zu verzögernden Signale der beiden Laufzeitleitungen unterschiedliche Frequenz auf. Hierdurch ergibt sich der Vorteil, gleichzeitig beide Lagekoordinaten messen und den jeweiligen Koordinatenmaßstab frei wählen zu können.

Für den Fall der vorstehenden zweckmäßigen Ausgestaltung läßt sich die Kopplung zwischen den Laufzeitleitungcn auf besonders einfache Weise unterdrücken, wenn jede der beiden Laufzcitleitungen an den Enden und/oder an mehreren Anzapfungen über Frequenzfiltcr für die Frequenz des Signals auf der jeweils anderen Laufzeitleitung kurzschließbar ist.

An Hand von Zeichnungen wird die Erfindung nachstehend näher erläutert.

F i g. 1 zeigt eine Anordnung gemäß der Erfindung zur Ermittlung der Lagekoordinatc einer Sonde;

Fig. 2 zeigt einen Schnitt durch eine Anordnung nach Fig. 1 entlang der Linie II—II;

Fig. 3 zeigt eine Anordnung zur Bestimmung der karte ischen Lagekoordinaten einer Sonde in einer Fläche;

Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht entlang der Linie IV-IV aus Fig. 3 eine Laufzeitleitungcn tragende Trägerplatte mit Elementen zur Kompensation von Kopplungen zwischen den Laufzcitleitungen;

Fi g. 5 zeigt ein elektrisches Ersatzschaltbild der in F i R. 4 dargestellten Anordnung bei Ansteuerung der Laufzcitleitungen von Signalsendcrn her;

Fig. 6 zeigt eine weitere Anordnung gemäß der Erfindung.

lnFig. list eine Trägerplatte P dargestellt, auf der eine Laufzcilleitung D aufgewickelt ist. An einem Ende dcrLaufzcitlcitung D ist ein Signalsender S und an einem anderen Ende ein Abschlußwiderstand Z angeschlossen. Die Laufzcitleitung D ist hier nach dem Prinzip eines Leiters L über einer leitenden Ehene M gebildet. Fig. 2 zeigt einen Schnitt entlang der Linie IMI in Fig. 1. Die Leiter L der Verzögerungsleitung D verlaufen dicht über der Oberfläche einer die leitende Ebene Af bildenden, vorzugsweise vollständig aus Metall bestehenden Trägerplatte P. Die Leiter L sind durch eine Isolierstoffschicht / mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer als eins von der leitenden Ebene getrennt und isoliert. Dabei ist z.B. die Laufzeitlcitung dadurch gebildet, daß etwa 700 m Kupfcrlackdraht mit einem Durchmesser von 0,12 mm auf eine Trägerplatte Paus Aluminium mit den Abmaßen 300 mm zu 300 mm gewikkelt worden ist. Die Aluminiumplatte ist dabei mit einer 0,15 mm dicken Kunststoffolie / isoliert. Die Steigung des Kupfcrlackdrahts beträgt jeweils dabei 0,5 mm. Auf diese Weise wird zwischen dem jeweils einen Leitungsende und dem jeweils anderen Leitungsende bei richtigem Leitungsabschluß und einer Frequenz von 90 kHz eine Gcsamtphascndrehung von etwa 180 erreicht. Die Laufzeitleitung D besitzt eine solche Dämpfung, daß die an ihrem jeweils einen F.nde zugoführten Signale bzw. Impulse an ihrem jeweils anderen Ende noch mit etwa 20 bis 25Tf iL-i Anfanus;implitudc auftreten

Die von der Laufzcitleitung Ü abgedeckte Fläche, d.h. im wesentlichen die Fläche der Trägerplatte P, dient als Koppelfläche zur Ermittlung der Koordinate einer Sonde, die sich oberhalb der betreffenden begrenzten Fläche befindet. Hierbei wird die kapazitive und/oder induktive Kopplung der Sonde mit der betreffenden Fläche, d.h. mit der Laufzeitlcitung D, ausgenutzt. Da die Laufzcitleitung D senkrecht zur Verzögerungsrichtung das elektrische Signal im Ver-

»o gleich zur Vcrzögei ungsrichtung nur unwesentlich beeinflußt, kann die Sonde senkrecht zur Verzögerungsrichtung verschoben werden, ohne daß der Meßwert für die Lagekoordinate in Verzögerungsrichtung verändert wird.

Um die Lagekoordinate der hier nicht näher dargestellten Sonde zu ermitteln, können dem jeweils einen Ende der Laufzeitleitung D von einem Signalsender S her sinusförmige Signale zugeführt werden, und zwar für den Fall, daß eine Phasenmessung auszuführen ist.

ίο Es können aber auch dem jeweils einen Ende der Laufzcitleitung D Impulse zugeführt werden, und zwar für den Fall, daß Laufzeitmessungen auszuführen sind. Das andere Ende der Laufzeitleitung D ist mit einem wellenwiderstandsrichtigen Abschlußwider-

»5 stand Z abgeschlossen.

Die von der innerhalb der erwähnten Koppelfläche befindlichen Sonde jeweils aufgenommenen Steuersignale geben auf Grund ihrer Phasenlage in bezug auf die Phasenlage, mit der sie der Laufzeitleitung D zu-

geführt worden sind, die Lage der betreffenden Sonde in bezug auf den Einspeisungspunkt der Laufzeitleitung D an. Wird die Laufzeitlcitung mit Steuerimpulsen gespeist, so gibt die Laufzeit des Steuerimpulses von der Einspeisungsstellc bis zu der Stelle der Aufnähme durch die Sonde deren Lage in bezug auf den

Einspeisungspunkt an, an welchem die betreffenden Impulse in die Laufzeitlcitung D eingespeist werden.

Im Unterschied z.u dem vorstehend betrachteten

Fall kann nun auch so vorgegangen sein, daß an dem einen Ende der Laufzcitleitung t) ein Signalcmpfänger angeschlossen ist, und daß das andere Ende der Laufzeitleitung mit einem AbschluBwiderstand Z abgeschlossen ist. In diesem Fall gibt dann die Sonde, deren Koordinaten zu bestimmen sind, Impulse oder

Signale ab, die durch kapazitive und/oder induktive Kopplung auf die Laufzcitleitung D an der Stelle cingckoppclt werden, an der sich die betreffende Sonde jeweils befindet.

Es ist im übrigen auch möglich, an einem Ende der Laufzeitleitung D sowohl einen Signalsender als auch einen Signalempfänger vorzusehen. Hierdurch lasser sich innerhalb der erwähnten Koppelfläche die Koor dinatcn sowohl von Sonden ermitteln, die Steuersi gnale bzw. Steuerimpulse aussenden, als auch vor Sonden, die Steuerimpulse bzw. Steuersignale aufzunehmen vermögen. Es ist schließlich auch denkbar eine derartige Signalscnder-Signalempfänger-Schal tung zur Reflexionsmessung vorzusehen und aus der artigen Messungen die Lagekoordinate der jeweiligei

Sonde zu bestimmen.

Die Eigenschaften der erfindungsgemäßen Anord nung, senkrecht zur Verzögerungsrichtung der Lauf zeitlcitung D unabhängig vom jeweiligen Meßort de Sonde zu sein, erweist sich besonders dann als seh vorteilhaft, wenn der Standort der Sonde in einer Fla ehe durch die Angabe einer zweiten Koordinate cir deutig bestimmt werden soll. F-" ig. 3 zeigt eine hierft peeiunetc Anordnung zur Bestimmung beider Lagi

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koordinaten der Sonde innerhalb der Koppelfläche. Auf einer aus Metall bestehenden Trägerplatte P ist über die eine Laufzeitleiüing Dx eine zweite Laufzeitlcitung Dy senkrecht zur ersten aufgebracht. Die nun senkrecht zueinander stehenden Verzögerungsrichtungen der beiden Laufzeitlcitungen Dx, Dy gestatten die Angabe dier Lagekoordinaten der Sonde in einem kartesischen Koordinatensystem.

Bei der vorsichend betrachteten Anordnung zur Ermittlung der Koordinaten einer Sonde innerhalb der Koppclfläche können nun an den Rändern der Koppelfläche gewisse Verzerrungen bzw. Linearitätsfchlcr auftreten, durch die die Genauigkeit bei der Bestimmung der Koordinaten der jeweiligen Sonde etwas beeinträchtigt sein kann. Derartige Verzerrungen ergeben sich dabei vor allem auf Grund der gegenseitigen kapazitiven Kopplung der beiden Laufzeitleitungen Dx und Dy. Um diese Kopplungen unwirksam zu machen, ist es prinzipiell möglich, jeweils nur eine der beiden vorgesehenen Laufzeitleitungen Dx und Dy zu betreiben und die jeweils andere Laufzeitleitung unwirksam zu schalten, und zwar an den Enden und gegebenenfalls an vorgesehenen Anzapfungen über Schalter und/oder Filter. Will man jedoch mit der Bestimmung einer Koordinate einer Sonde innerhalb der Koppelfläche gleichzeitig auch die andere Koordinate der betreffenden Sonde bestimmen, so sind gesonderte Kompensationsmaßnahmen anzuwenden, von denen eine in Fig. 4 veranschaulicht ist.

Fig. 4 zeigt in einer Schnittansicht die Trägerplatte P, wie sie in Fig. 3 dargestellt ist, mit den um sie herumgewickelten Laufzeitleitungen Dx und Dy, sowie mit je einer zusätzlichen Folie Fi, Fm und Fa aus Metall auf der Seite, die nicht für die Koordinatenbestimmung der Sonde ausgenutzt ist. Diese Folien sind dabei sowohl von der Trägerplatte P als auch von den einzelnen Leitern der Laufzeitleitungen isoliert. Die Folie Fi, die als innere Kompensationsfolie bezeichnet werden mag, befindet sich zwischen der einen Oberfläche der Trägerplatte P und den dieser Oberfläche gegenüberliegenden Leitern VLx der Verzögerungsleitung Dx. Die zweite Folie Fm, die als mittlere Kompensalionsfolie bezeichnet werden mag, befindet sich zwischen den Leitern VLx und VLy der beiden Laufzeitleitungen Dx und Dy auf derselben Seite der Trägerplatte P wie die Folie Fi. Die dritte, als äußere Kompensaiionsfolie zu bezeichnende Folie Fa liegt auf der Außenseite der Leiter VLy der Laufzeitleitungen Dy, und zwar auf derselben Seite der Trägerplatte, auf der auch die beiden anderen Folien F/ und Fm liegen.

Die in Fig. 4 dargestellte Anordnung wird nun in der aus Fig. 5 ersichtlichen Weise betrieben. In Fig. 5 sind in Fig. 4 vorgesehenen Elementen entsprechende Elemente mit gleichen Bezugszeichen bezeichnet wie in Fig. 4. Aus Fig. 5 geht hervor, daß die mittlere Folie Fm geerdet ist, und daß die beiden anderen Folien Fi bzw. Fa jeweils mit dem Ausgang je eines nach Phase und Betragseines Ausgangssignals einstellbaren Verstärkers Vl bzw. Vi verbunden sind. Diese Verstärker Vl, Vl sind mit ihren Eingängen an die Ausgänge von Signalsendern Jy bzw. Sx angeschlossen. Dabei ist die Anordnung so getroffen, daß jeweils die der einen Laufzcitlcitung Dx bzw. Dy direkt benachbarte Folie Fi bzw. Fa über den Verstärker Vl bzw. VX mit dem an jeweils ein Ende der anderen Laufzeitleitung angeschlossenen Signalscnder Sy bzw. Sx verbunden ist. Die Laufzeitleitungen Dx, Dy sind;) λ ihrem jeweils anderen Ende mit einem Abschlußwiderstand Zx bzw. Zy abgeschlossen. Auf diese Weise kann der jeweiligen Laufzeitleitung zusätzlich zu der durch die Kopplung der jeweils anderen Laufzeitleitung erfolgenden kapazitiven Einströmung eine weitere kapazitive Einströmung geliefert werden, die im Betrage gleich der zuvor genannten Einströmung ist, in der Phase dieser gegenüber aber cntge-

gengcsetzt ist. Auf diese Weise erfolgt praktisch eine vollständige Kompensation einer störenden Kopplung zwischen den beiden Laufzeitleitungen. Dies gelingt mit einer solchen Genauigkeit, daß Koordinatenbestimmungen mit Abweichungen von etwa ±1% vom

>5 Endwert ermöglicht sind.

In Abweichung von den vorstehend betrachteten, praktisch in einer Brückcnschaltung realisierten Maßnahmen zur Kompensation von störenden Kopplungscffekten zwischen den Laufzeitleitungen kann

ao auch so vorgegangen werden, daß die Laufzeitleitungen nicht durch Wickeln in der vorstehend betrachteten Weise oder durch entsprechendes Ätzen hergestellt werden, sondern als verwebte Laufzeitleitungen, z. B. in Leinenbindungen. Werden die einzelnen Lei-

»5 ter eines gewebten und um eine leitende Trägerplatte herumgelegten Leiterstücks analog zu den gewickelten Laufzeitleitungen verbunden, und zwar mäanderförmig, so werden entsprechende Eigenschaften erzielt. Da nunmehr aber keine untere und keine obere Wicklung existiert, sind bei gleichzeitigem Betrieh beider Laufzeitleitungen die beiden hervorgerufenen Felder gleich stark, wodurch die Kompensation etwas erleichtert ist. Anstatt der oben betrachteten Kompensationsfolien können hier zusammengefaßte par-

allele Leiter des Leitergewebes verwendet werden. Eine besonders wirksame Kompensation der erwähnten störenden Kopplung zwischen den beiden Laufzeitleitungen läßt sich mit Hilfe der in F i g. 6 dargestellten Anordnung erzielen. Bei diener Anordnuni

ist die Koppelfläche von zwei entsprechend kartesischen Koordinaten ausgerichteten Laufzeitleitungen Dx bzw. Dy abgedeckt. Jede Laufzeitleitung besteht aus zwei einzelnen Leitungen, die an ihrem jeweils äußeren Ende mit einem Abschlußwiderstand Zx

♦5 bzw. Zy abgeschlossen sind und die mit ihrem jeweils inneren Ende jeweils an einem gesonderten Ausganj eines Verstärkers Vx bzw. Vy angeschlossen sind. Dei Verstarker Vx, der Steuersignale bzw. Steuerimpulse von einer Eingangsklemme Ex her aufnimmt, gibt ar

seinem Ausgang + jeweils eine positive Steuerspannung bzw. positive Steuerimpulse Ux ab, und von sei nem anderen Ausgang-gibt der Verstärker Vx Steu ersignale bzw. Steuerimpulse - Ux ab. In entspre chender Weise gibt der von einer Eingangskiemmi

Ey her ansteuerbare Verstärker Vy von seinem Aus gang + -Steuersignale bzw. Steuerimpulse + Uy ab und von seinem anderen Ausgang - gibt der Vcrstär ker Vy Steuersignale bzw. Steuerimpulse - Uy ab Wie aus F ι g. 6 hervorgeht, ist die Abgabe der Steuer

signale bzw. Steuerimpulse von den Verstärkern Vx und Vy entsprechend den Quadrantenvorzeichen ir einem kartesischen Koordinatenfeld gewählt worden Die zu der jeweiligen Laufzeitleitung gehörendet Leitungen werden somit jeweils mit Spannungen bzw

Strömen gleichen Betrags, aber umgekehrtem Vorzci cheii betneben. Auf diese Weise heben sich alle Ein wirkungenaufdiebeidenLdtungcndcrjewcilsandcrer Laufzcitleitung bzw. Koordinate \ )Ilständig auf.

Als eigentliche Arbeitsfläche wird bei der Anordnung nach Fig. 6 lediglich die durch eine gestrichelte Linie eingerahmte quadratische Fläche ausgenutzt. Die betreffende Arbeitsfläche kann im übrigen auch an anderer Stelle der in Fig. 6 dargestellten Anordnung liegen. Betrachtet man nämlich das in Fig. 6 dargestellte Leitungsnetz in diesem Zusammenhang als in vier Quadranten aufgeteilt, wobei die Lagen der Verstärker Vx und Vy die Koordinatenachsen festlegen, so kann, darauf sei hier hingewiesen, die in Fig. 6 dargestellte, im ersten Quadranten liegende Arbeitsfläche in irgendeinen anderen Quadranten gelegt werden, wozu dann die mit der Sonde, deren Koordinaten

innerhalb der betreffenden Fläche zu bestimmen sind, verbundenen Auswerteschaltmittel mit Rücksicht aul die Polarität der jeweils auftretenden Ströme bzw Spannungen zu ändern sind. Durch Umschalten derartiger Schaltmittel ließe sich dann .,ogar die gesamte von den in Fig. 6 dargestellten Laufzeitleitungen ab gedeckte Fläche für die Koordinatenbestimmung ei ner Sonde ausnutzen.

Abschließend sei noch bemerkt, daß die Erfindunj vorstehend zwar im Hinblick auf die Bestimmung zweier Koordinaten einer Sonde erläutert worden ist daß aber in entsprechender Weise weitere Koordina ten der jeweiligen Sonde bestimmbar sind.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Ermittlung der Lagekoordinsie einer Sonde durch Ausnutzung der kapazitiven und/oder induktiven Kopplung der Sonde mit einer in Richtung deF Lagekoordinate ein elektrisches Signal um einen der Lagekoordinate proportionalen Wert verzögernden Laufzeitleitung, gekennzeichnet durch eine Vielzahl *° gleichlanger, mit konstantem oder stetig verändertem Abstand voneinander und parallel nebeneinander in einer Koppelfläche der Laufzeitleitung (D) liegender Leiterabschnitte (L), die zur Bildung der Laufzeitleitung in einer von der Signal- ¹S Verzögerungsrichtung verschiedenen Richtung in der Koppelfläche verlaufen und an Anfang und Ende mit jeweils einem der benachbarten Leiterahschnittc (L) über einen Leiter ( VL) verbunden sind, und durch einen an einem Ende der Laufzeilleitung (D) angeschlossenen Signalsender (S) und/oder Signalempfänger und einen am anderen Ende der Laufzeitleitung (D) angeschlossenen Abschlußwiderstand (Z).

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeich- *5 net durch eine den Leiterabschnitten (L) auf ihren der Sonde abgekehrten Seiten und wenigstens innerhalb der Koppelfläche parallele und dicht benachbarte Metallfläche (M).

3. Anordnung nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Isolierschicht (/) mit einer relativen Dielektrizitätskonstanten größer s^ls eins zwischen den Leiterabschnitten (L) i>nd der Metallfläche (Af).

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterabschnitte (L) Abschnitte einer Drahtwicklung um eine Trägerplatte (P) aus Metall sind.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis

3, gekennzeichnet durch eine mäanderförmige Verbindung des einen Endes des jeweiligen Leiterabschnitts (L) mit dem direkt benachbarten Ende des in der Signalverzögerungsrichtung nächstfolgenden Leiterabschnitts (L) durch den verbindenden Leiter ( VL).

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzeilleitung (D) durch ein elektrisches Impulssignal angesteuert ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Laufzcitleitung (D) durch ein elektrisches Signal mit sinusförmigem Zeitvcrlauf angesteuert ist.

8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Laufzeitleitung (D) einer Phascnwinkeländerung des elektrischen Signals von ungefähr gleich oder weniger als 360' entspricht.

9. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß die elektrische Länge der Laufzeitleitung (D) einer Phascnwinkeländerung des elektrischen Signals von vorzugsweise weniger als 180' entspricht.

10. Anordnung nach einem der vorstehenden Ansprüche, gekennzeichnet durch zwei die gleiche Koppelfläche zur Kopplung mit der Sonde ausnutzende, aber unterschiedliche Signalverzögerungsrichtungcn festlegende Laufzcillcilungcn

(Ov. Py).

11. Anordnung nach Anspruch 10, gekennzeichnet, durch zwei Laufzeitleitungen (Av Dy) für senkrecht aufeinanderstellende Signalverzögerungsrichtungcn.

12. Anordnung nach Anspruch 10 oder 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Leiterabschnitte (Lx, Ly) der Laufzeit leitungen (Dx, Dy) wenigstens innerhalb der Koppelflächc miteinander verwebt sind.

13. Anordnung nach einem der Ansprüche U) bis 12, gekennzeichnet durch je eine in die zugehörige Laufzeitleitung (Dx, Dy) im wesentlichen kapazitiv einkoppelude Kornpensationsabschirtiung (Fi, Fa) für jede der beiden Laufzeitleitungen (D.V, Dy) und durch je einen bezüglich Verstärkung und Phasendrehung seines Ausgangssignals, einstellbaren Verstärker (Vl, Kl), der mit seinem Ausgang an die KompensaH^n^bschirmung (Fi, Fa) der jeweils einen Laufzeilleitung ( Dx, Dy) und mit seinem Eingang an den Signalsender (Sy, Sx) der jeweils anderen Laufzeitleilung ( Dy, Dx) oder an je einen zusätzlichen Steuersender angeschlossen ist.

14. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsabschirmung (F/, Fa) ein-: Metallfolie ist, die die nicht innerhalb der Koppelflächc liegenden verbindenden Leiter (VLx, VLy) auf einer Seite bedeckt, und daß die andere Seite dieser Leiter ( VLx, VLy) von einem mit der Erdleitung verbundenen Schirm (Fm) überdeckt ist.

15. Anordnung nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Kompensationsabschirmung (Fi, Fa) ein zusätzlicher, parallel zu den Leiterabschnitten (Lx, Ly) der Laufzeitleitungen (Dx, Dy) verlegter Leiter ist.

16. Anordnung nach einem der Ansprüche K) bis 12, gekennzeichnet durch je eine Lcitungsunter'ni echung in der Mitte beider Laufzcitleitungen (D.v, Dv), durch jeweils zwei an die Enden der Leitungsunterbrechung oder an die Enden der Laufzeitleitungen (Dx, Dy) angeschlossene Signalsender mit einem Ausgangssignal gleicher Amplitude und entgegengesetztem Vorzeichen und durch jeweils zwei an die verbleibenden Enden angeschlossene Abschlußwiderstände (Zx,

1 /. Anordnung nach einem der Ansprüche K) bis 16, dadurch gekennzeichnet, daß die beiden Laufzeitleitungen (Dx, Dy) zeitlich abwechselnd betreibbar sind.

IfS. Anordnung nach Anspruch 17, dadurch gekennzeichnet, daß die jeweils nicht betriebene Laiifzcitleitung(Djr, Dy) an den Enden und/oder an mehreren Anzapfungen über elektronische Schalter kurzschließbar ist.

19. Anordnung nach einem der Ansprüche K) bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verzögernden Signale der beiden Laufzcitleitungen (Dx, Dy) gleiche Frequenz haben.

20. Anordnung nach einem der Ansprüche K) bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß die zu verzögernden Signale der beiden Laufzcilleitungcn (D*, Dy) unterschiedliche Frequenz aufweisen.

21. Anordnung nach Anspruch 20, dadurch gekennzeichnet, daß jede der beiden Laufzcilleitungcn ( Dx. Dy) an den Enden und/oder an mehreren

Anzapfungen über Frequtw.filter für die Fretmenz des Signals auf tier jeweils anUeren Laufzeitleitung (,Dy, P-x) kunwehlieaiw ist.

'U pie Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur ^Ermittlung tier Lagekoordinate einer Sonde durch P Ausnutzung Uer kapazitiven und/oder induktiven % Kopplung der Sonde mit einer in Richtung der Lage- ^J Koordinate ein elektrisches Signal um einen der Lage-ί Koordinate proportionalen Wert verzögernden Lauf- r. zcitlcitung- .

Anordnungen zur Ermittlung der Lagekoordinate

deiner Sonde sind in verschiedenartigsten Ausfüh-

f _rungsfornien bekanntgeworden. Mehr oder weniger

komplizierte Ausführungsformen dieser bekannten

Anordnungen gestatten nicht nur die Bestimmung der

Lagekoordinate der Sonde in einer vorbestimmten

Richtung, sondern ermöglichen auch die Ermittlung

zweidimensionaler Lagekoordinaten.

In einer bekannten Anordnung wird die Bewegung der Sonde mit Hilfe von Stäben oder Drahten auf Codiereinrichtungen, wie Winkelcodierer oder Potentiometer, übertragen. Diese Elemente liefern dann Meßgrößen bezüglich der jeweiligen Lage der Sonde. Nachteilig an dieser Anordnung ist jedoch der mechanisch festgelegte Bewegungsbereich der Sonde.

Dies ist dann unzweckmäßig, wenn die Anordnung etwa als Eingabegerät einer elektronischen Rechen"-anlagc verwendet werdensoll. Mit Hilfe eines derartigen Eingabegeräts könnten beispielsweise die Koordinaten von auf Papier aufgezeichneten Kurven durch Verfolgen mit der Sonde in die elektronische Rechenanlage eingegeben werden, oder es könnten die Koordinaten der mit Hilfe einer etwa als Kugelschreiber ausgebildeten Sonde aufgezeichneten Schriftzüge unmittelbar bestimmt werden.