DE2417964B2

DE2417964B2 - Anordnung zur anzeige der relativen stellung eines beweglichen elementes

Info

Publication number: DE2417964B2
Application number: DE19742417964
Authority: DE
Inventors: Joseph Mons; Arys Rene Genappe; Lemineur (Belgien)
Original assignee: Ampex S.A., Nivelles (Belgien) Vfr: Weickmann, H., Dipl.-lng.; Fincke, K., DipL-Phys. Dr.; Weickmann, F.A., DipL-Ing.; Huber, B., Dipl.-Chem.; Pat-Anwälte, 8000 München
Priority date: 1973-05-07
Filing date: 1974-04-11
Publication date: 1977-05-12
Also published as: DE2417964A1; GB1438468A; FR2229114A1; SE398554B; BE799211A; US3924177A; FR2229114B1; DE2417964C3; JPS5016505A; JPS5311447B2

Description

2. Anordnung nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch einen verstellbaren Vorspannungskreis (80) für den Differenzverstärker (74, FR 92) zur NuIlpui.ktsfestlegung in bezug auf das bewegliche Element (24).

3. Anordnung nach Anspruch 1 und/oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der pharenabhängige Gleichrichterkreis (96, 98) eine an den Generatorausgang (66, A, B) angekoppelte Diodenbrücke (96) sowie eine zwis.-hen dem Diodenbrückenausgang und Erde liegende Haltekapazität (98) umfaßt.

4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das bewegliche Element (24) ein drehbarer Bandschleifen-Spannungsarm eines Magnetbandgerätes ist.

5. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die stellungsproportionale Ausgangsspannung am Ausgang (78) des phasenabhängigen Gleichrichterkreises (96,98) eine bipolare Gleichspannung ist, deren Größe ein Maß für die Winkeldrehung aus einer neutralen Stellung und deren Polarität ein Maß für die Drehrichtung des Bandschleifem-Spannungsarms(24) ist.

6. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß der Differenzverstärker (74, FR 92) als Operationsverstärker (74) mit einem nicht invertierenden und einem invertierenden Eingang sowie mit einer dessen Verstärkung festlegenden Gegenkopplungsimpedanz (FR 92) zwischen dessen Ausgang und dessen invertierer dem Eingang ausgebildet ist.

7. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, fts gekennzeichnet durch an den Ausgang des Differenzverstärkers (74, FR 92) angekoppelte Signalkennfilter (94,126.).

8. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Ausgang des Differenzverstärkers (74, FR 92) und den phasenabhängigen Gleichrichterkreis (96, 98) ein Hochpaßfilter (94) gekoppelt ist und daß an den Ausgang des Differenzverstärkers (74, FR<i2) ein den Ausgang (78) für die stellungsproportionale Ausgangsspannung bildendes Tiefpaßfilter (126) angekoppelt ist.

9. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den invertierenden Eingang des Operationsverstärkers (74) und Erde die Reihenschaltung einer Impedanz (88) und eines Hochpasses (90) geschaltet ist, wobei diese Impedanz (88) und die Gegenkopplungsimpedanz (FR 92) die Wechselspannungsverstärkung des Operationsverstärkers (74) festlegen, und daß zwischen den Ausgang der Diodenbrücke (96) und den invertierende.i Eingang des Operationsverstärkers (74) eine weitere Impedanz (124) geschaltet ist, wobei diese impedanz sowie die Gegenkopplungsimpedanz (FR92) die Gleichspannungsverstärkung des Operationsverstärkers (74) festlegen.

10. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Anodenklemme (100) und die Kathodenklemme der Diodenbrücke (96) über angepaßte Impedanzen (102,104,106,112, 114, 116) an den Generatorausgang (66, A. B) angeKoppeltsind.

11. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die festen Kondensatorplatten (54, 56) des Differentialkondensators (52) auf einem Substrat in einer Ebene elektrisch isoliert nebeneinander liegen und symmetrisch zur Rotationsachse des Baridschloifcn-Spannungsarms ^24) angeordnet sind, daß die feste Kondensatorplatte (60) in ihren Abmessungen an die festen Kondensatorplatten (54, 56) angepaßt ist und über diesen angeordnet ist und daß die beweglich zwischen den festen Kondensatorplatten (54, 56, 60) angeordnete Kondensatorplatte (64) einstückig an dem Bandschleifen-Spannungsarm (24) vorgesehen ist.

Die vorliegende Erfindung betrifft eine Anordnung zur Anzeige der relativen Stellung eines beweglichen Elementes mit einem Paar von variablen Kapazitäten eines Differentialkondensators, deren Wert sich als Funktion der Stellung des Elementes ändert, die wechselspannungsmäßig angesteuert sind und deren ein Maß für die Stellung des Elementes darstellende Ausgangssignale über einen Gleichrichterkreis in ein Gleichspannungssignal überführt werden.

Digitale Magnetbandgeräte besitzen typischerweise einen Aufzeichnungs-Wiedergabe-Magnetkopf, an dem das Band vorbei bewegt wird, sowie eine Zuführungsspule und eine Aufnahmespule, die auf jeweils einer Seite des Magnetkopfes angeordnet sind. Zur Steuerung der Bandbewegung im Bereich des Magnetkopfes ist ein Kapstan angeordnet, während im Bereich der Bandspulen eine Bandpufferschleife zur Entkopplung der Bandspulen vom Kapstan vorgesehen ist. Die Bandspulen werden entweder durch Vakuumkammern oder Bandschleifen-Spannungsarme gebildet, wobei die Bandspulen so angetrieben werden, daß die Länge der Bandschleifen auf einem vorgegebenen Wert gehalter wird.

Wenn die Bandscnleifen durch Spannungsarme gebildet werden, so sind diese Spannungsarme mit einem Potentiometer gekoppelt, dessen Widerstandswert sich mit der Stellung der Spannungsarme ändert. Eine in die Potentiometer eingespeiste Spannung erzeugt ein Signal, das ein Maß für die Augenblickstellung des Spannungsarms ist, wobei dieses Signal mit einem Signal verglichen wird, das ein Maß für die gewünschte Stellung des Spannungsarms ist. Durch dieses Signal wird ein Fehlersignal zum Antrieb der Bandspulenmotoren erzeugt, wodurch eine gewünschte Bandschleifenlänge und eine entsprechende Stellung der Spannungsarme gewährleistet wird. Potentiometer sind jedoch aufgrund ihrer mechanischen Komponenten unzweckmäßig, wobei das Stellungssignal aufgrund von Alterungsvorgängen, Temperaturänderungen und Änderungen der Spannungsversorgung Drifterscheinungen unterliegt.

Andererseits können an die Spannungsarm·.· auch Spiegel angekoppelt werden, welche als Funktion der Stellung der Spannungsarme unterschiedliche Lichtmengen von einer Lichtquelle auf einen Fotofühler reflektieren. Dabei ergeben sich jedoch auch Drifterscheinungen sowie Probleme aus der Notwendigkeit einer sorgfältigen und genauen Justierung.

Es ist auch bereits bekanntgeworden, Anordnungen zur Anzeige der relativen Stellung beweglicher Elemente mitteis Differentialkondensatoren aufzubauen.

Aus Grave «Elektrische Messung nichtelektrischer Größen« (1962), insbesondere Seiten 128 bis 129 und 227 bis 2JO sind kapazitive Mikrometer mit Differenti.ilkondensatoren bekanntgeworden. Dabei liegt ein Differentialkondensator in einer aus Kapazitäten gebildeten Brücke, welche mit Wechselspannung gespeist wird. Abweichungen eines beweglichen Elementes von einer Sollstellung führen zu einer Verstimmung der Kapazitätsbrücke. Die dabei entstehende Ausgangsvvechselspannung der Brücke wird verstärkt und in einem ebenfalls von der Brücken-Speisewechselspannung gespeisten Gleichrichter phasenabhängig gleichgerichtet. Das Gleichspannungs-Ausgangssignal des Gleichrichters ist ein Maß für die Steliungsänderung des beweglichen Elementes, und zwar sowohl hinsichtlich Betrag und Phase.

Soll dabei gleichzeitig auch eine Verstärkung der stellungsproportionalen Ausgangsspannung vorgenommen werden, so ist dazu ein gesonderter Verstärkerkreis erforderlich, der vom Verstärker für die Crückenausgangsspannung verschieden ist. Dies bedeutet aber einen zusätzlichen Schaltungsaufwand, insbesondere auch hinsichtlich der Linearisierung, weil die entsprechenden Maßnahmen dazu für zwei Verstärkelkreise getroffen werden müssen.

Entsprechendes gilt für eine aus Rohrbach »Handbuch für elektrisches Messen mechanischer Größen« (1967), Seiten 163 und 164 bekanntgewordene Meßeinrichtung mit Differentialabstandsgeber, die in ihrem Aufbau dem vorstehend beschriebenen kapazitiven Mikrometer entspricht.

Bei einem aus der DT-AS 12 97 877 bekanntgewordenen kapazitiven Winkelstellungsgeber ist ebenfalls eine kapazitive, einen Differentialkondensator enthaltende Meßbrücke vorgesehen, die mit Gleichspannung gespeist wird. Diese Brücke liegt im Rückkopplungszweig eines Schwingkreisverstärkers. Bei Änderung der Kapazität des Differentialkondensators wird die Kopplung des Schwingkreisverstärkers geändert, so daß dieser zu schwingen beginnt. Das dabei entstehende Ausgangswechselsignal des Schwingkreisverstärkers wird verstärkt und gleichgerichtet, wobei mit dem gleichgerichteten Signal in der Kapazitätsbrücke

< enthaltene spannungsabhängige Kapazitäten so beaufschlagt werden, daß sich ihr Kapazitätswert im Sinnr einer Kompensation der Verstimmung ändert. Der bei dieser Kompensation enthaltene Gleichspannungswert ist ein Maß für die Stellung des beweglichen Elementes.

ι etwa der Winkelstellung einer Welle.

Bei einer derartigen Anordnung wird lediglich eine dem Betrag, nicht aber der Phase der Stellungsänderung entsprechende Gleichspannung erhalten, weil eine phasenabhängige Gleichrichtung nicht erfolgt.

is Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde eine Anordnung der in Rede stehenden Art anzugeben, bei der eine Verstärkung sowohl der vom Differentialkondensator kommenden Wechselspannung als auch der durch phasenabhängige Gleichrichtung gewonnenen stellungsproportionalen Ausgangsgleichspannung in einem Kreis möglich ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist eine Anordnung der eingangs genannten Art erfindungsgemäß durch die Kombination folgender Merkmale gekennzeichnet:

^2> a) an die festen Kondensatorplatten des Differentialkondensators sind Eingänge eines Gegentaktgenerators mit jeweils rechteckförmigem Bezugswechselspannungssignal gleicher Amplitude und gegenläufiger Phase angeschlossen;

•¹⁰ b) an die feste Kondensatorplatte des Differentialkondensators ist ein Differenzverstärker angekoppelt; j) die beweglich angeordnete Kondensatorplatte ist an Erde gelegt und zwischen den Kondensatorplatten angeordnet;

° d) zwischen den Generatorausgang und den Differenzverstärkerausgang ist ein phasenabhängiger Gleichrichterkreis geschaltet, an dessen Ausgang eine stellungsproportionale Ausgangsspannung liegt.

Ausgestaltungen des Erfindungsgedankens sind Gegenstand von Unteransprüchen.

Die Erfindung wird im folgenden anhand von in den Figuren der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispielen näher erläutert. Es zeigt

Fig. I ein Blockschaltbild eines digitalen Magnetbandgeräts mit einer Anordnung gemäß der Erfindung,

F i g. 2 ein Blockschaltbild mit einer ebenen, teilweise weggebrochenen Ansicht eines Spannungsarms für ein Magnetbandgerät nach Fig. 1 sowie ein Schaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung und

F i g. 3 eine vereinfachte, teilweise weggebrochene perspektivische Ansicht eines Bandschleifen-Spannungsarms mit einem Differentialkondensator.

F i g. 1 zeigt ein generell konventionelles Magnetbandgerät 10 mit einem Schalttableau 12, einer festen Bandspule 14, einer einsetzbaren Bandspule 16, einem Aufzeichnungs-Wiedergabe-Magnetkopf 18 und einem Kapstan 20, welcher den Lauf eines Magnetbandes 22 zwischen den Spulen 14 und 16 vorbei am Magnetkopf 18 steuert, Bandschleifen-Spannungsarme 24 und 26 sind so montiert, daß sie sich um die Achsen der Spulen 14 und 16 drehen. Diese Spannungsarme sind so vorgespannt, daß sie Pufferbandschleifen 28 und 30 im Bereich der Bandspulen 14 und 16 aufrechterhalten. Diese Pufferbandschleifen 28 und 30 ermöglichen eine von den Spulen 14 und 16 unabhängige Regelung des Kapstans 20. Ein Stellungsanzeigekreis 32 erzeugt ein

Stellungs-Gleichspannungssignal 34, das ein Maß für die Stellung des Spannungsarms 24 ist. Ein Spulenservokreis 36 steuert einen Spulenmotor 38 derart, daß die Spule 14 als Funktion des Stellungssignals 34 angetrieben wird. Im Rahmen mehrerer Möglichkeiten eines konventionellen Servoantriebs des Spulenmotors besteht eine einfache vorteilhafte Möglichkeit darin, den Spulenmotor 38 in einer vorgegebenen Richtung mit einer Drehzahl anzutreiben, bei der sich das Band etwas schneller als der Kapstan 20 bewegt, wenn das Stellungssignal 34 oberhalb eines vorgegebenen Wertes liegt, und bei der der Motor 38 gebremst wird, wenn das Stellungssignal 34 unterhalb eines vorgegebenen Wertes liegt. Die Antriebsrichtung des Spulenmotors 38 hängt von der Polarität des Stellungs-Gleichspannungssignal 34 ab.

Die Regelung des Laufs der ein&etzbaren Spule 16 entspricht derjenigen der festen Spule 14, wobei ein Stellungsanzeigekreis 42 ein Stellungs-Gleichspannungssignal 44 zur Steuerung eines Spulenservokreises 46 erzeugt. Der Servokreis 46 treibt einen Spulenmotor 48 an, welcher mechanisch mit der einsetzbaren Spule 16 gekoppelt ist.

Eine Stellungsanzeigeanordnung 50 für die feste Spule 14 gemäß den Fig. 2 und 3 enthält den Spannungsarm 24 sowie den Stellungsanzeigekreis 32. Ein Paar von kapazitiven Widerständen wird durch eine Sektor-Plattenanordnung 52 gebildet. Untere Platten 54 und 56 der Anordnung 52 sind in ihrer Form symmetrisch zu einer Rotationsachse 58 des Spannungs arms 24 ausgebildet. Diese Platten können auf einer gedruckten Schaltungsplatte angeordnet werden. Die Platten 54 und 56 besitzen eine Innen- und Außenseite mit kreisförmiger Gestalt kleineren und größeren Durchmessers, welche konzentrisch zur Rotationsachse 58 des Spannungsarms 24 liegen. Weiterhin grenzen die Platten 54 und 56 elektrisch isoliert aneinander an. Im Abstand von den unteren Platten 54 und 56 ist eine einzige große obere Platte 60 angeordnet, welche mit den unteren Platten 54 und 56 ein Paar von Kapazitäten bildet. Die obere Platte 60 wird durch drei Abstandsschrauben von den unteren Platten 54 und 56 in einem Abstand von 0,95 cm gehaMen. Diese Abstandsschrauben 62 ermöglichen eine Drehung des Spannungsarms 24 im Uhrzeigersinn in eine nahezu vertikale Stellung, wenn in das Magnetbandgerät 10 ein Band eingesetzt werden soll. Die obere Platte 60 ist in ihrer Form an die Form der unteren Platten 54 und 56 angepaßt.

Im Raum zwischen den unteren Platten 54 und 56 und der oberen Platte 60 ist eine dritte Platte 64 angeordnet. Die Form dieser zentralen Platte 64 entspricht generell der Form einer der unteren Platten 54 und 56. Diese Platte 64 rotiert im Normalbetrieb mit dem Spannungsarm 24 zwischen einer ersten Grenzstellung, in der sie über der unteren Platte 54 liegt, und einer zweiten Grenzstellung, in der sie über der unteren Platte 56 liegt.

Ein Komplementär-Rechteckgenerator 66 erzeugt ein erstes rechteckförmiges Bezugssignal A mit einer Frequenz von etwa 300 kHz und ein zweites komplementäres Bezugssignal B, dessen Größe gleich der des Signals A und dessen Phase der Phase des Signals A gegenläufig ist Das Signal A wird über einen Widerstand 68 mit einem Wert von 5,1 Kiloohm auf die untere Platte 54 gegeben, während das Signal B auf die untere Platte 56 gegeben wird. Die geerdete zentrale Platte 64 verhindert in dem von ihr eingenommenen Bereich eine kapazitive Kopplung zwischen den unteren

Platten 54 und 56 sowie der oberen Platte 60. Koppelkapazitäten C₅₄ und C%> zwischen der oberen Platte 60 und den unteren Platten 54 und 56 ändern sich daher differential, wenn sich die zentrale Platte aus der dargestellten Mittelstellung dreht. Wenn sich der Spannungsarm im Uhrzeigersinn dreht, wird die Koppelkapazität C₅₄ kleiner, während die Koppelkapazität Cäb größer wird. Bei Drehung im Gegenuhrzeigersinn liegen die Verhältnisse umgekehrt.

In der in Fig. 2 dargestellten zentralen Stellung des Spannungsarms 24 liegt die obere Platte 60 über gleiche Kapazitäten Cm und Cst an gleichen gegensinnig gerichteten Spannungen (Signale A und B) so daß sie auf Erdpotential verbleibt. Dreht sich der Spannungsarm 24 jedoch im Gegenuhrzeigersinn, so wird C₅₄ größer als C₅6, so daß an der oberen Platte 60 eine Spannung in Form eines rechteckförmigen Signals entsteht, das mit dem Bezugssignal A in Phase liegt und eine Größe besitzt, welche mit der Differenz zwischen C₅₄ und C_5b zunimmt. Wenn der Spannungsarm 24 sich andererseits im Gegenuhrzeigersinn aus der dargestellten neutralen Stellung dreht, so entsteht an der oberen Platte 60 ein mit dem Bezugssignal B in Phase liegendes rechteckförmiges Signal. Dabei nimmt wiederum die Größe dieses Signals zu, wenn der Spannungsarm 24 sich weiter aus der dargestellten neutralen Stellung dreht Die einzige obere Platte 60 kombiniert daher die Ausgangssignale der getrennten Kapazitäten C₅₄ und C₅₁,, wodurch in Abhängigkeit von deren relativen Werten ein Stellungs-Wechselspannungssignal 70 erzeugt wird.

Das Stellungs-Wechselspannungssignal 70 wird über einen Widerstand 72 mit einem Widerstandswert von 10 Ohm auf den nicht invertierenden Eingang eines Operationsverstärkers 74 gegeben. Für diesen Verstärker 74 ist eine konventionelle Spannungsversorgung und eine konventionelle Stabilisation vorgesehen, welche aus Einfachheitsgründen nicht dargestellt sind. Durch geeignete Filterung kann der Operationsverstärker 74 gleichzeitig und unabhängig voneinander sowohl das Stellungs-Wechselspannungssignal 70 und ein Stellungs-Gleichspannungssignal 76 zur Bildung eines Ausgangs-Gleichspannungssignals 78 verstärken.

Zwischen die obere Platte 60 und Erde ist eine Kapazität 79 mit einem Kapazitätswert von 56 pF geschaltet, welche eine konstante Blindlast für die Sektorplattenanordnung 52 bildet. Da der Aufladungseffekt des Verstärkers 74 in bezug auf den Aufladungseffekt der Kapazität 79 klein ist, haben Zeit- und Temperaturänderungen im Verstärker 72 praktisch keinen Einfluß auf die Aufladung der Sektorplattenanordnung 52.

In vielen Bandgeräten, in denen die Genauigkeit des Nullpunktes nicht kritisch ist, braucht ein Verschiebungskreis 80 nicht vorhanden zu sein. Aus Vollständigkeitsgründen ist dieser Kreis jedoch mit dargestellt. Er umfaßt ein Paar von Spannungsteilerwiderständen 82 und 83 mit Widerstandswerten von 47 Kiloohm bzw. 2C Kiloohm, welche zwischen die obere Platte 60 und Erde geschaltet sind. Der diesen Widerständen 82 und 83 gemeinsame Leiter ist sowohl über eine Kapazität 8Ί mit einem Kapazitätswert von 2,2 μΡ als auch ein Potentiometer 86 an Erde geschaltet Das Verschiebungsnetzwerk 80 dient zur Kompensation von durch den Verstärker 74 gezogenen Eingangsströmen bzw zur Einstellung des Ausgangssignals bei Nullstellung des Spannungsarms 24.

Zwischen dem invertierenden Eingang des Verstär kers 74 und Erde liegt die Reihenschaltung eines

Wechselspannungs-EingangswiderstandesJJe mit einem Widerstandswert von 1,2 Kilcohm und einer Trennkapazität 90 mit einem Kapazitätswert von 0,022 μΡ, weiche zur Einstellung einer Wechselspannungsverstärkung von 100 in Verbindung mit einem Rückkopplungswiderstand FR 92 mit einem Widerstand von 120 Kiloohm arbeitel, der vom Ausgang des Verstärkers gegen Frde geschaltet ist. Die Kapazität 90 blockiert den über den Widerstand 88 fließenden Gleichstrom zur Vermeidung einer Beeinflussung der Gleichspannungsverstärkung durch diesen Widerstand. Weiterhin dient die Kapazität 90 zum Abgleich der kapazitiven Last am nicht invertierenden Eingang des Verstärkers.

Der Ausgang des Verstärkers 74 ist über ein Hochpaßfilter 94 an einen Phasendetektor bzw. Schalterkreis % in Form einer Vierdiodenbrücke angeschaltet. Das Hochpaßfilter 94 sperrt das Gleichspannungs-Ausgangssignal und läßt nur das Stellungs-Wechselspannungssignal durch. Der Phasendetektor 96 bestimmt in Verbindung mit einer Haltekapazität 98 sowohl die Phase als auch die Größe des um den Faktor 100 verstärkten Stellungs-Wechselspannungssignals von der oberen Platte 60. Im Phasendetektor 96 sind zwei Paare von jeweils in Reihe geschalteten Dioden 99 gleicher Polaritäten vorgesehen.

Eine Anodenklemme 100 des Phasendetektors 96 ist über einen Widerstand 102 mit einem Widerstandswert von 5.1 Kiloohm und eine Kapazität 104 mit einem Kapazitätswert von 0,1 μΡ an das rechteckförmige Bezugssignal A angekoppelt. Ein zwischen Erde und dem Verbindungspunkt des Widerstandes 102 sowie der Kapazität 104 liegender Widerstand 106 mit einem Widerstandswert von zwei Kiloohm dient in Verbindung mit der Kapazität 104 zur Entkopplung des Phasendetektors 96 von Gleichspannungskomponenten im Bezugssignal A. Entsprechend dient ein symmetrisches Netzwerk mit einem Widerstand 112, einer Kapazität 114 und einem Widerstand 116 an einer Kathodenklemme 118 des Phasendetektors 96 zur Ankopplung des rcchtcckförmigen Bezugssignals B.

Die Widerstände 102 und 112 dienen als abgeglichene Lastwiderstände, wodurch das Signal an einer Ausgangsklemme 120 dem Signal an einer Eingangsklemme 122 des Phasendetektors % folgt, wenn dieser eingeschaltet ist. Der Phasendetektor % ist eingeschaltet, wenn die Dioden während der Halbwelle, in der das Signal A positiv ist und während der Halbwelle, in der das Signal B negativ ist, leitend. In der anderen Halbwelle sind die Dioden gesperrt, wodurch die Ausgangsklemme 120 von der Eingangsklemme 122 entkoppelt ist.

Steht der Spannungsarm 24 in einer Stellung, in der C54 größer als C₅₆ ist, so liegt das Signal an der Eingangsklemme 22 in Phase zum Bezugssignal A. In diesem Falle steht an der Eingangsklemme 122 eine positive Spannung während derjenigen Halbwelle, in welcher der Phasendetektor 96 gesperrt ist Dabei lädt sich die Haltekapazität 98 auf eine positive Spannung auf, deren Größe von der Größe des vom Verstärker kommenden Stellungs-Wechselspannungssignals ist. Dieses Signal hängt seinerseits von der Verschiebung des Spannungsarms 24 aus der neutralen Stellung ab. Die Kapazität 98 filtert darüber hinaus Wechselspannungssignale, welche durch den Prüfprozeß entstehen oder welche über einen Eingangswiderstand 124 mit einem Widerstandswert von 24 Kiloohm kommen, der zwischen der Kapazität 98 und dem invertierende Eingang des Verstärkers 74 liegt.

Da die Größe des Eingangswiderstandes 124 ei; Fünftel der Größe des Rückkopplungswiderstande FR 92 beträgt, ist der Ausgang des Verstärkers 74 au eine invertierte Spannung vorgespannt, welche fünfma so groß als die Spannung an der Haltekapazität 98 is' Diese Spannung wird über ein Tiefpaßfilter 126geleite welches das Wechselspannungssignal trennt und eil Ausgangs-Gleichspannungssignal 78 liefert, dessei Größe von der Verschiebung des Spannungsarms 24 au der neutralen Stellung und dessen Polarität von de Richtung der Verschiebung abhängt. Das Hochpaßfilte 94 verhindert, daß diese Gleichvorspannung auf dei Eingang 122 des Phasendetektors gelangt.

Das Gleichspannungsausgangssignal 78 ist daher eil bipolares Gleichspannungssignal, dessen Größe de Ablenkung des Spannungsarms 24 aus der neutrale: Stellung proportional ist. Dieses Gleichspannungs-Aus gangssignal 78 ist linear in dem Sinne, daß es sich mit de ersten Potenz der Winkelstellung 0 des Spannungsarm 24 ändern. Der Aufbau der Spulenservokreise 36 und Φ ist dadurch vereinfacht, daß keine Schaltungen vorhan den sein müssen, welche ein unipolares Signal in eil bipolares Signal zur Steuerung der Spulenmotoren 3' und 38 in zwei Richtungen umwandeln. Es ist zi bemerken, daß der Aufbau und die Wirkungsweise de Steüiingsanzeigekreises 42 dem Aufbau und de Wirkung des Stellungsanzeigekreises 32 gleich sind.

Die Linearität des Ausgangssignals kann in einfache Weise dargestellt werden. Die Ströme, welche durch cdi< durch die unteren Platten 54 und 56 mitgebildetei Kapazitäten Cs4und Csb fließen, sind gleich:

l_Sft = SC₅JV + K₀),

darin bedeuten S den Laplace-Operator, V, die Größe der zugeführten Bezugsspannung und V₀ die Spannung an der oberen Platte 60. Unter Vernachlässigung kleine] Stromverluste im Verstärker 74 is,. /54 = /55 und

	V₁,	= V	Q	4 - C₅₆	'3)
			Q	ι Γ *4 ' -5f.**
weiterhin ist
	C54	= c„	+	KO .	(4)
	Q_h	= Q		KO .	(5)

worin Co die Kapazitätswerte der Kapazitäten C54 unc C56im Falle 0 =0° und K eine Proportionalitätskonstan te zwischen Änderungen des Winkels 0 und Änderun gen der Kapazität bedeuten. Durch einsetzen dei Gleichungen 4 und 5 in Gleichung 3 ergibt sich

Io = VK -±- ■

Da der Verstärker 74 eine konstante Gesamtvers tär kung von 500 besitzt, ist das Gleichspannungsausgangs signal E_Aus gleich

500 V

Hierzu 2 Bhitl Zeichnungen

709 519/39

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Anzeige der relativen Stellung eines beweglichen Elementes mit einem Paar von variablen Kapazitäten eines Differentialkondensators, deren Wert sich als Funktion der Stellung des Elementes ändert, die wechselsp'annungsmäßig angesteuert sind und deren ein Maß iur die Stellung des Elementes darstellende Ausgangssignale über einen m Gleichrichterkreis in ein Gleichspannungssignal überführt werden, gekennzeichnet durch die Kombination folgender Merkmale:

a) an die festen Kondensatorplatten (54, 56) des Differentialkondensators (52) sind Eingänge (A, ¹^ B) eines Gegentaktgenerators (66) mit jeweils rechteckförmigem Bezugswechselspannungssignal (A, B)gleicher Amplitude und gegenläufiger Phase angeschlossen;

b) an die feste Kondensatorplatte (60) des Differentialkondensaiors ist ein Differenzverstärker (74, FR 92) angekoppelt;

c) die beweglich angeordnete Kondensatorplatte (64) ist an Erde gelegt und zwischen den Kondensatorplatten (66, A. B)und (60) angeord- ^2> net;

d) zwischen den Generatorausgang (66, A, B) und den Differenzverstärkerausgang (74, FR 92) ist ein phasenabhängiger Gleichrichterkreis (96, 98) geschaltet, an dessen Ausgang (78) eine stellungsproportionale Ausgangsspannung liegt.