DE2452257A1 - Steuer- und messverfahren und geraet unter verwendung von mitlaufoszillatoren - Google Patents

Steuer- und messverfahren und geraet unter verwendung von mitlaufoszillatoren

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DE2452257A1
DE2452257A1 DE19742452257 DE2452257A DE2452257A1 DE 2452257 A1 DE2452257 A1 DE 2452257A1 DE 19742452257 DE19742452257 DE 19742452257 DE 2452257 A DE2452257 A DE 2452257A DE 2452257 A1 DE2452257 A1 DE 2452257A1
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Edward Ingraham Parker
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    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01NINVESTIGATING OR ANALYSING MATERIALS BY DETERMINING THEIR CHEMICAL OR PHYSICAL PROPERTIES
    • G01N27/00Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means
    • G01N27/72Investigating or analysing materials by the use of electric, electrochemical, or magnetic means by investigating magnetic variables

Description

  • Steuer- und Meßverfahren und Gerät unter Verwendung von Mitlaufoszillatoren.
  • Die Erfindung betrifft elektrische Abmeß- oder Ausmeßsysteme für leitende Teile oder irgendwelche Teile oder Materialien, die dazu verwendet werden können, die inhärente Resonanzfrequenz von elektrischen Kreisen und von den Teilen derselben, wie beispielsweise Induktivitäten und Kapazitäten, zu beeinflussen. Durch die Verwendung von gleichartigen Oszillatoren, in denen solche elektrische Komponenten als deren Frequenz bestimmende Schaltungselemente vorkommen und durch Kopplung der zwei Oszillatoren in einem auswählbaren Ausmaß, läßt sich ein ausgewählter Bereich von synchronisierten Betrieben oder Operationen erreichen. Die Synchronisation zwischen den zwei Oszillatoren wird dazu verwendet, die Phasendifferenz zwischen den synchronisierten Oszillatoren als ein direktes Maß des Parameters des Werkstückes zu messen, welches die Resonanzfrequenz eines Oszillators relativ zum anderen beeinflußt.
  • Es wird auf diese Weise eine Schwelle aufgebaut, welche die Messung der Parameterabweichung relativ zum Mitnahmebereich der zwei Oszillatoren wiedergibt und es läßt sich dieser Parameter genau innerhalb des Mitnahmebereiches in direkter Beziehung zur Phasendifferenz messen, welche diese relativ zu einem voreingestelten Phasenzustand zwischen den starren oder mitgelaufenen Oszillatoren einführt. Unter der Bezeichnung "starr" oder "mitlaufen" bzw. "fangen" soll im folgenden der synchronisierte Schwungzustand von zwei Oszillatoren verstanden werden. Durch Einstellung der Kopplung, durch welche die Oszillatoren sich gegenseitig beeinflussen, läßt sich der Bereich der Mitnahme oder des Mitlaufes auswählen und es läßt sich die Empfindlichkeit der Phasenmessung innerhalb des Mitnahmebereiches einstellen, um irgendeine gewünschte Auflösung in der Messung der Eigenschaft des Teststückes zu erreichen.
  • Es wurden bereits verschiedene Formen von Abmeß- oder Ausmeßvorrichtungen aus elektrisch leitendem oder dielektrischem Material bekannt, bei denen ein Werkstück dazu verwendet wird, die Reaktanz einer Spule oder Kapazität zu beeinflussen oder um die Schaltungsparameter eines Resonanzkreises oder einer Brücke zu verändern, wobei die durch diese Beeinflussung verursachten elektrischen Anderungen als Anzeige eines Parameters oder einer Eigenschaft eines Teiles gemessen werden. Bei diesen Schaltungen gemäß dem Stand der Technik gelangen zwei Oszillatoren zur Anwendung, wobei sich die Messung auf die Überlagerungs- oder Schwebefrequenz zwischen diesen bezog, die sich mit der Resonanzfrequenz von einem oder dem anderen der Oszillatoren verändert, wobei diese Resonanzfrequenz durch das Vorhandensein eines Teststückes beeinflußt wird. Obwohl diese bekannten Meßgeräte bzw.-Meßlehren für bestimmte Anwendungsfile von Vorteil waren, besteht trotzdem ein Bedürfnis nach einer Abmeß- oder Ausmeßschaltung, mit welcher ein großer Bereich von Messungen durchgeführt werden kann und zwar bei ausgewählter Empfindlichkeit, wobei insbesondere ein stabiles System geschaffen werden soll, in welchem keine Abweichungen bei den getesteten Werkstücken erfaßt werden können. Es besteht insbesondere der Wunsch, daß derartige Messungen einfach von einem nicht erfahrenen Personal durchgeführt werden können, wobei dieses Personal in einer Fabriks- oder Produktionsstätte arbeitet, bei welcher Stabilität und Zuverlässigkeit unter relativ ungünstigen Betriebsbedingungen von überragender Bedeutung sind.
  • Im folgenden wird die Erfindung anhand von Ausführungsbeispielen unter Hinweis auf die Zeichnung näher erläutert. Es zeigen: Figur 1 ein Blockschaltbild eines Systems mit den Merkmalen nach der Erfindung; Figur 2A ein Diagramm, welches die Frequenzdifferenz zwischen den Oszillatoren von Figur 1 als Funktion einer Änderung der Schaltungsparameter wiedergibt; Figur 2B ein Diagramm, welches Veränderungen der Phase während des "Fang"- oder Mitlaufintervalls von Figur 2A zeigt; Figur 3 ein schematischer Stromlaufplan einer Iusfuhrungsform nach der Erfindung, wobei gekoppelte Oszillatoren und ein Phasendetektor veranschaulicht sind; und Figur 4 einen Stromlaufplan einer Anzeigevorrichtung und einer Schwellen-Betätigungsschaltung, die angeschlossen werden können, um die von der Schaltung gemäß Figur 3 erzeugten Signale auszuwerten.
  • In Figur 1 sind zwei Oszillatoren 11 und 12 gezeigt, die eine Kopplungsverbindung 13 zwischen sich aufweisen. Wenn von dem einen Oszillator Energie in den resonanzbeeinflussenden oder bestimmenden Abschnitt der Schaltung des anderen Oszillators gekoppelt wird, so werden die Schwingungen beider Oszillatoren beeinflußt und unter bestimmten Bedingungen können die Oszillatoren synchronisiert oder "starr" (locked-in) werden. Die allgemeine Beschreibung der Oszillatoren unter diesen Bedingungen wurde von Huntoon und Weiss in einem Artikel gegeben, der den Titel trägt "Synchronization of Oscillators", der in Proceedings of the I.R.
  • E. für Dezember 1947, Seiten 1415-1423, bekanntgemacht wurde. Gemäß Figur 1 besitzt der Oszillator 11 einen abgestimmten Kreis 14, der repräsentativ für die Primärfrequenz bestimmenden Elemente für den Oszillator 11 ist. Nahe der Induktivität in dem abgestimmten Kreis 14 ist ein Teststück 15 gezeigt, welches aus einem Werkstück oder irgendeinem anderen externen Gegenstand bestehen kann und eine Eigenschaft besitzt, die in die Schaltung 14 in Form einer elektrischen Impedanzänderung reflektiert werden kann, so daß dadurch die natürliche Resonanzfrequenz des Oszillators 11 beeinflußt wird. Typisch kann das Teststück 15 ein Metallteil sein, welches in eine Spule 14 eingeführt wird, die speziell so gestaltet ist, daß sie die Aufnahme oder eine fortgesetzte Bewegung des Stückes 15 in und aus einer induktivitätsverändernden Beziehung zum Induktivitätsabschnitt des abgestimmten Kreises 14 zuläßt. Offensichtlich können auch andere Schaltungselemente verändert werden, wie der Oszillatorwiderstand oder die Resonanzkreis-Kapazität, indem man beispielsweise ein dielektrisches Teststück einführt, um den Kapazitätswert als Funktion der Dielektrizitätskonstanten oder der Dickenänderungen zu ändern, wobei irgendeine derartige Verwendung eines äußeren Gegenstandes zur Beeinflussung der Resonanzfrequenz des Oszillators 11 durch die sehr schmatische Darstellung gemäß Figur 1 wiedergegeben sein soll.
  • Wie aus Figur 1 hervorgeht, besteht eine wechselseitige Kopplung 13 zwischen den Oszillatoren 11 und 12, durch die eine oszillierende Spannung oder Strom von einem Oszillator in den anderen gekoppelt oder eingespeist wird. Abhängig von den nicht gestörten Resonanzfrequenzen der jeweiligen Oszillatoren 11 und 12 und von dem Ausmaß der Kopplung zwischen denselben, ergibt sich die Möglichkeit, die Betriebsweise der Oszillatoren für verschiedene Bedingungen zu beschreiben, wie dies in der erwähnten Literaturstelle durch Huntoon dargelegt ist. Wenn die Schwingfrequenz für die Oszillatoren 11 und 12 nahezu gleich ist, so bewirkt ein leichter Grad der Kopplung durch die wechselwirkende Kopplungsverbindung 15, daß die Oszillatoren synchronisiert werden und auf der gleichen Frequenz arbeiten. Je größer der Grad der gegenseitigen Kopplung 13 ist, desto breiter wird die Bandbreite für die Synchronisation oder das Mitlaufen und es kann daher durch Vorsehen einer veränderlichen wechselseitigen Kopplung 13 die Mitlauf-Bandbreite so ausgewählt werden, daß ein gewünschter Bereich des Betriebes erzeugt wird, innerhalb welchem die Oszillatoren 11 und 12 synchronisiert werden.
  • Wenn die Oszillatoren 11 und 12 auf ihrer natürlichen und der gleichen Frequenz arbeiten, so ist nur der leichteste Grad der gegenseitigen Kopplung 13 erforderlich, um diese in Synchronisation zu bringen und bei diesen Bedingungen arbeiten die Oszillatoren mit einer Phasenverschiebung von Null zwischen sich. Wenn sich die Resonanzfpquenz-Steuerung für einen der Oszillatoren ändert, wie beispielsweise durch den Einfluß des Teststückes 15 auf den Resonanzkreis 14 des Oszillators 11, so weicht die Phase zwischen den Schwingungen der Oszillatoren 11 und 12 von Null ab und die Phase kann sich in dem Fangbenich zwischen den 0 0 zwei Oszillatoren von -90 bis +90 verändern. Es läßt sich somit die Phasendifferenz zwischen den zwei Oszillatoren durch den Phasendetektor16 messen und zwar als Maß des externen Einflusses auf den Resonanzkreis 14, der durch das Teststück 15 verursacht wird. Der Phasendetektor 16 kann eine Ausgangsgröße 17 erzeugen, welche die Größe des festgestellten Phasenwinkels wiedergibt und es kann das Signal auf der Leitung 17 auf irgendeine Weise als Maß der Eigenschaften des Teststückes 15 verwertet werden. An den Ausgang des Phasendetektors 16 ist eine Anzeigevorrichtung 19 angeschlossen, um die auf den Phasenwinkel bezogene Größe anzuzeigen. Wie sich aus Figur 1 ergibt, ist auch eine Schwellenschaltung 18 an den Phasendetektor 16 gekoppelt und die Ausgangsgröße derselben betätigt ein Relais oder eine andere gesteuerte Vorrichtung 20. Durch Einstellen der Schwelle der Schaltung 18 mit Hilfe einer Einstellvorrichtung 21, kann das System dazu verwendet werden, eine Betätigung einzuleiten bzw. ein Signal zu erzeugen, wenn das Teststück eine Eigenschaft aufweist, dies den Resonanzkreis 14 beeinflußt und die ausserhalb eines vorbestimmten Toleranzwertes oder gewünschten Wertes liegt. Wenn der Einfluß soweit außerhalb des Wertebereiches liegt, bei welchem ein Mitlaufen zwischen den Oszillatoren 11 und 12 bzw. Fangen erzeugt wird, so kann der Zustand des Fehlens der Synchronisation oder des Verlustes des Mitlaufens durch einen Detektor 22 angezeigt werden, der einen Frequenzunterschiedzustand feststellt, der an den Eingängen des Phasendetektors 16 von den Oszillatoren 11 und 12 besteht.
  • Die vorangegangen geschilderten Bedingungen können am besten unter Hinweis auf die Figuren 2A und 2B erläutert werden. In Figur 2A ist die Frequenzdifferenz f11 - f12 gegenüber einen Parameter aufgetragen , der einen die natürliche Resonanzfrequenz für die Schwingung desOszillators 11 beeinflussenden Parameter darstellt. Wie durcidie durchgehend ausgezogene Kurve für Werte von t gezeigt ist, die von einem Nenn- oder Zentralwert 0 entfernt liegen, entspricht die Differenz zwischen den Frequenzen der zwei Oszillatoren deren ungestörten Werten.
  • Im Mitlauf- oder Fangbereich, der in Figur 2A gezeigt ist, beträgt die Frequenzdifferenz Null und die Bandbreite des Mitlaufbereiches ti f wird durch die Eigenschaften der Oszillatoren 11 und 12 und dem Grad der gegenseitigen Kopplung 13 bestimmt. Gemäß Figur 2B ist innerhalb des Mitlauf- oder Fangbereiches gemäß einer Kennlinie 23 der Phasenveränderung -der Phasenwinkel auf den Parameter A bezogen und kann somit als ein direktes Maß desselben verwendet werden. Durch Veränderung der wechselseitigen Kopplung 13 läßt sich die Bandbreite des Mitlaufbereiches verändern, wie dies durch die gestrichelt gezeichnete Kennlinie in Figur 2A angezeigt ist, und die in Figur 2B gestrichelt gezeichnete entsprechende Phasenkennlinie 24 liefert ein Maß des Parameters n bei erhöhter Empfindlichkeit gegenüber der Phasenkennlinie 23.
  • Unter Hinweis auf Figur 3 soll nun im folgenden eine detaillierte Anordnung, die dem System von Figur 1 entspricht, beschrieben werden. Ein Testoszillator 11' und ein Steueroszillator 12' entsprechen allgemein den Oszitatoren 11 und 12 von Figur 1. Was den Oszillator 11' betrifft, so besteht die Schaltung aus einem Transistor Q1, dessen Kollektor an eine positive Potentialquelle +B1 über eine veränderliche Induktivität 31 in Reihe mit einer Drosselspule 32 geschaltet ist. Die Verbindung zwischen den zwei Induktivitäten 31, 32 ist mit Hilfe einer Kapazität 33 an die Basis des Transistors Q1 gekoppelt. Der Emitter ist über einen Umgehungswiderstand 34 mit Masse oder Erde verbunden und die Basis ist auf einem vorgespannten Arbeitspunkt gehalten, da sie über einen Widerstand 35 mit relativ großem Widerstandswert mit der positiven Stromversorgung verbunden ist. Der Resonanzkreis besteht aus einer Induktivität 31 und den Kapazitäten 36 und 37.
  • Der Oszillator 12' ist im wesentlichen identisch mit dem eben beschriebenen Oszillator 11', mit der Ausnahme, daß der Oszillator 12' eine veränderliche Feinabstimm-Kapazität 38 enthält, die parallel zur Kapazität geschaltet ist, die der Kapazität 37 entspricht. Der Oszillator 11: besitzt zusätzlich eine Testspule 39, die einen Teil des abgestimmten Kreises darstellt und diese Testspule kann das Teststück 15 aufnehmen oder kann auf irgendeine andere Weise durch die Eigenschaften oder die Masse oder Größe beeinflußt werden, die gemessen werden sollen bzw. soll.
  • Die Verbindung zwischen den Induktivitäten 31 und 32 ist über einen einstellbaren Widerstand 41 mit einem entsprechenden Punkt an dem Oszillator 12' gekoppelt. Diese Verbindung stellt die gegenseitige Kopplung zwischen den Oszillatoren 11' und 12' dar, die in Form des Elementes 13 in Figur 1 dargestellt und beschrieben wurde und dient dazu, in den abgestimmten Kreis jedes.Oszi J"FI-L lators ein Wechselstromsignal zu injizieren, welches den in dem/ anderen Oszillator erzeugten Schwingungen entspricht. Diese gegenseitige Kopplung kann widerstandsmäßig bzw. ohmisch, kapazitiv oder induktiv erfolgen und braucht nicht unbedingt genau die gleichen Punkte in dem Schaltungsaufbau der zwei Oszillatoren zu verbinden. Irgendeine allgemeine Ausführungsform einer gegenseitigen Kopplung, durch die die Resonanzfrequenz der Oszillatoren beeinflußt wird, ist gewöhnlich zufriedenstellend.
  • Die Ausgangsgrößen der Oszillatoren 11' und 12 werden von den Kollektoren von Q1 und Q2 jeweils abgegriffen und werden über einen Entkopplungswiderstand zu den Basisanschlüssen der aweiligen Transistoren Q5 und Q6 übertragen. Diese Transistoren weisen miteinander verbundene Emitter auf, die über eine selbstvorspannende Schaltung mit Masse oder Erde verbunden sind, und wobei die Kollektoren der Transistoren über einen gemeinsamen Widerstand 41 mit dem positiven Anschluß der Stromversorgung verbunden sind. Die den Transistoren Q5 und Q6 zugeordnete Schaltung arbeitet derart, daß die Wechselstrom-Eingangssignale an den Basisanschlüssen der Transistoren vektoriell addiert werden, um an den gemeinsamen Kollektoren ein Wechselstromsignal zu erzeugen, dessen Größe ein Maximum beträgt, wenn die Oszillatoren 11' und 12' in Phase sind, und dessen Größe abnimmt, wenn der Phasenwinkel auf 900 ansteigt, wobei dann die Ausgangsgröße ein Minimum beträgt. Diese Wechselstromausgangsgröße aus den Kollektoren der Transistoren Q5 und Q6 wird auf der Leitung 42 zu dem Detektorkreis von Figur 4 geleitet, der im folgenden beschrieben werden soll.
  • Die Ausgänge der Oszillatoren 11' und 12' sind ferner über Entkopplungswiderstände und gleichspannungssperrende Kapazitäten mit den Basisanschlüssen der Emitterfolger-Transistoren Q3 und Q4 gekoppelt. Die Emitter dieser Transistoren sind jeweils mit Anschlüssen verbunden, an welche die Horizontal-und Vertikal-Verstärker für die Ablenkplatten eines KathodenstrahloszillograJ phen für die Anzeige einer Lissajous-Figur angeschlossen werden können. Die Verwendung eines Oszillographen für diesen Zweck vereinfacht die anfängliche Abstimmung der Oszillatoren, damit diese gleiche Frequenz haben und liefert eine grobe Anzeige des Phasenwinkels zwischen den synchronisierten Oszillatoren. Der Oszillograph kann ebenso als Wechselstromdetektor 22 in Figur 1 für die sichtbare Anzeige der synchronisierten oder nicht synchronisierten Zustände verwendet werden.
  • Im folgenden sollen nun unter Hinweis auf Figur 4 die Detektoruni die Anzeigeschaltung beschrieben werden. Die Leitung 42 ist über einen Widerstand 44mit hohem Widerstandswert mit einem einstellbaren Potential verbunden,welches durch die Stellung des Kontaktes 45 auf einem Widerstand 46 bestimmt ist, der zwischen den positiven Anschluß der Stromversorgung und Masse oder Erde geschaltet ist. Die Signalleitung 42 ist ebenso mit der Basis eines Transistors Q7 verbunden, der einen geerdeten Emitter und einen Kollektor besitzt, welch letzterer über eine ohm'sche Last mit dem positiven Anschluß der Stromversorgung verbunden ist. Der Transistor Q7 kann daher mit Hilfe der Einstellvorrichtung 45 vorgespannt werden, so daß er als Verstärker für die Wechselstromwelle arbeitet, die auf der Leitung 42 an die Basis desselben gekoppelt wird, wobei dann dieses verstärkte Signal über einen Widerstand 47 mit hohem Widerstandswert an die Basis eines Transistor Gleichrichters Q8 gekoppelt wird. Der Transistor Q8 besitzt einen Widerstand und ein Gleichstrommikrometer, welche von seinem Kollektor zum positiven Anschluß der Stromversorgung geschaltet sind, wobei der Kollektor nach Masse hin überbrückt ist. Der Transistor Q8 arbeitet daher als Strom-Gleichrichterverstärker für das Meßgerät 49, wobei die Anzeige bzw0 Meßanzeige für zunehmenden Phasenwinkel zwischen den Schwingungen der Oszillatoren 11 und 12' abnimmt.
  • Das maßgebende Gleichstromsignal am Kollektor von Q8 ist über einen Entkopplungswiderstand an die Basis eines Transistors Qg angelegt, der als Emitterfolger geschaltet ist, wobei ein Potentiometer 51 zwischen Emitter und Masse oder Erde'geschaltet ist. Das Potentiometer 51 weist einen einstellbaren Abgriff oder Schieber 52 auf, der mit der Basis eines Transistors Q10 verbunden ist. Der Transistor Q10 ist mit einem Transistor Q11 als ein Schmitt-Trigger zusammengeschaltet, so daß am Kollektor des Transistors Q11 ein Ausgangsimpuls erzeugt wird und zwar immer dann, wenn die Spannung am Abgriff 52 unter einen vorbestimmten Wert fällt, der durch die'Pärameter der Schmitt-Triggerschaltung festgelegt wird. Die Einstellung des Abgriffes 52 schafft daher eine Signalschwelle bzw. Arbeitspunkt für die Schmitt-Triggerschaltung.
  • Eine Schaltung, die auf den Ausgangsimpuls des Sch-mitt-Triggers anspricht, ist mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden.
  • Diese Schaltung enthält eine große Kapazität 54 und einen Kopplungswiderstand 55, um in Verbindung mit dem Widerstand 50 eine Zeitkonstante zu erzeugen, um dadurch den Schmitt-Triggerimpuls beim Anlegen desselben an die Basis des Transistors Q12 aufrechtzuerhalten. Der Transistor Q12 steuert den Stromfluß zur Erregerwicklung eines Relais 56, welches auf diese Weise bei jedem Betrieb des Schmitt-Triggers betätigt wird, um über Kontakte 57 irgendeine gewünschte Anzeigevorrichtung oder Mechanismus zu steuern. Die Transistoren Q9 bis Q12 können, wenn dies gewünscht wird, mit einer getrennten oder entkoppelten Stromversorgung versehen sein, wie dies angezeigt ist.
  • Die allgemeine Arbeitsweise der unter Hinweis auf die Figuren 3 und 4 beschriebenen Schaltung, läßt sich leicht verstehen. Als Anwendungsbeispiel wird die Überprüfung von Metallteilen relativ zu einem Normteil gewählt und eine Beschreibung der Betriebsfolge oder des Betriebs-Ablaufes gegeben. Zuerst wird ein bekanntes gutes Teil oder Teststück, welches annehmbare Herstellungsqualität besitzt, eingeschoben, um die Testspule 39 des Oszillators 11' zu beeinflussen. Die Frequenz des Steueroszillators 12' wird dann unter Verwendung der einstellbaren Induktivität 30 eingestellt, um ein Mitlaufen mit dem Testoszillator 11' zu erreichen. Dies wird am Oszillographen angezeigt, der an die Transistoren Q3 und Q4 angeschlossen ist und es wird die Phase durch die Abstimminduktivität 30 oder die Feinabstimmkapazität 38 eingestellt, um einen kleinen Ausschlag am Meßgerät 49 zu erzeugen, der einem Außerphasezustand entspricht. Als nächstes wird ein Teststück in die Spule 39 eingeführt, welches eine außerhalb der Toleranz liegende Eigenschaft besitzt, die den Oszillator 11' beeinflußt. Wenn hierbei der Ausschlag am Meßinstrument 49 abnimmt, sollte die relative Phase dadurch umgekehrt werden, daß der Normteil wieder in die Spule 39 eingesetzt wird und die Induktivität 30 lediglich in einer Richtung derart eingestellt wird, daß die Anzeige des Meßinstrumentes auf Nullker-unter und erneut aufwärts auf einen kleinen Ausschlag gebracht wird. Ein erneutes Einführen des außerhalb der Toleranz liegenden Testteiles führt nun zu einem vergrößerten Ausschlag am Meßinstrument. Während sich ein außerhalb der Toleranz liegendes Probestück in der Spule 39 befindet, wird der Kopplungswiderstand 41 eingestellt, um die Kopplung zu erhöhen oder zu vermindern und um dadurch jeweils die Empfindlichkeit des Systems zu vermindern oder zu erhöhen, so daß eine Phasenwinkeldifferenz erzeugt wird, die zu einer großmaßstäblichen Anzeige des Meßinstrumentes führt. Dieser verminderte Phasenwinkel führt zu einer Zunahme des Ausschlages des Meßinstruments 49. Der Potentiometerabgriff 52 wird dann solange verstellt, bis der Schmitt-Trigger arbeitet und das Relais erregt bzw. betätigt.
  • Das System ist dann auf diese Weise geeicht, und gibt eine Anzeige durch die Betätigung des Relais immer dann ab, wenn ein außerhalb der Toleranz liegendes Teil eine Phasenabweichung zwischen den Schwingungen der Oszillatoren 11' und 12' mit gleichem oder größerem Ausmaß erzeugt und im gleichen Sinn oder Richtung erzeugt als diejenige, die durch das Teststück erzeugt wurde. Für Teile, die innerhalb der annehmbaren Toleranz liegen, ergeben sich am Meßinstrument 49 Ausschlagwerte zwischen den niedrigen und hohen Werten, welche Werte eine Anzeige der Größe der Abweichung relativ zur Norm darstellen. Diese Anzeige ist zuverlässig und stellt sicher, daß das System arbeitet und dient dazu, die Eigenschaften innerhalb der annehmbaren Toleranzgrenzen zu mesen. Bei Erscheinen eines defekten oder außerhalb der Toleranz liegenden Teiles in der Testspule 39 ist die Phasendifferenz zwischen den Schwingungen der Oszillatoren ausreichend groß, zu bewirken, daß die Messung dieser Differenz zu dem Erzeugen des Signals füllt, welches schließlich das Relais 56 betätigt, um die Kontakte 57 zu schließen, wie dies bereits erläutert wurde.
  • Wenn Teile hinsichtlich in entgegengesetzem Sinne außerhalb der Toleranz liegender Eigenschaften untersucht werden sollen, kann der Eichvorgang Kederholt werden, jedoch mit umgekehrter Phasenbeziehung und die Teile können dann für diese Bedingung oder Zustand erneut getestet werden. Wenn es gewünscht wird, kann eine Eichung für ein Normteil am Mittenbereichdes Meßinstruments 49 eingestellt werden und es können Plus- oder Minustoleranzen als vorgewählte Plus- oder Minusinkremente des Meßgerätsausschlags erfaßt werden und zur Betätigung einer Anzeigevorrichtung -benutzt werden.
  • Durch Einstellung der gegenseitigen Kopplung 41 läßt sich eine ausgewählte Empfindlichkeit, wie durch die Kennlinien 23 und 24 in Figur 2B gezeigt ist, auswählen und durch eine Eichung des Meßinstruments 49 lassen sich Abweichungen innerhalb dieses Bereiches messen. Durch Auswahl eines Punktes innerhalb dieses Bereiches, wie er durch die Schwelle für die Triggerschaltung in Figur 4 bestimmt ist, läßt sich ein Ja/Nein-Test (go, no-go) bei einer gewünschten Toleranz vornehmen. Für sehr empfindliche Messungen, bei denen eine sehr geringe Kupplung durch die Impedanz 41 vorgesehen wird, kann es erforderlich sein, die Trimmer-Einstellvorrichtung 38 zu verwenden, um die Oszillatoren 11' und 12' in eine gewiinschte Phasenbeziehung zu bringen, so daß die niedrigwertige Wechselwirkung zwischen ihnen wirksam werden kann, um einen empfindlichen Bereich des Mitlaufbetriebes zu schaffen.
  • Unter dieser Bedingung kann es nützlich sein, eine Toleranzgrenze zu erfassen, wenn die Oszillatoren ausser Schritt fallen bzw.
  • ihre Synchronisation verlieren und es kann zu diesem Zweck die Erfassung einer Frequenzdifferenz zwischen den zwei Oszillatoren, wie durch die Verwendung des Wechselstromdetektors 22 in Figur 1, dienen, um diese Anzeige zu liefern. Für weniger empfindliche Messungen kann dieser Frequenzdifferenz-Detektor dazu verwendet werden, um große Abweichungen anzuzeigen, die zu einem Synchronisationsverlust führen.
  • Aufgrund des Empfindlichkeitsbereiches, der durch den Gegenstand der vorliegenden Erfindung geschaffen wird, läßt sich ein großer Bereich von Messungen vornehmen. Es lassen sich somit Änderungen in der Masse und in der Abmessung ebene leicht erfassen, wie das Vorhandensein von Einschlüssen oder Rissen bzw. Sprünge, wie beispielsweise mikroskopische Risse oder ähnlichem. Das Instrument spricht auch ebenso auf die Zusammensetzung des Materials an, aus welchem das Teil hergestellt ist und es kann Unterschiede in der Leitfähigkeit feststellen, wie beispielsweise diejenigen, die in bestimmten Materialien aufgrund von Wärmebehandlung auftreten. In Verbindung mit diesen Materialen kann der Gegenstand der Erfindung dazu verwendet werden, um das Ausmaß der Wärmebehandlung festzustellen. Jedes leitfähige Medium kann untersucht werden und es kann das Gerät so geeicht werden, um irgendeine ausgewählte Abweichung der Leitfähigkeit von einem Normwert festzustellen, Es gelangt also erfindungsgemäß ein Paar von ähnlich aufgebauten Oszillatoren zur Anwendung, die miteinander gekoppelt sind, derart, daß dann, wenn ihre natürliche Resonanzfrequenzen nahe beieinanderliegen, sie mitlaufen oder fangen und als synchronisierte Oszillatoren über einen vorbestimmten Bereich arbeiten, der durch Steuerung der Parameter der Schaltung ausgewählt werden -kann. Innerhalb des Bereiches, in dem die Oszillatoren mitlaufen und auf gleicher Frequenz schwingen, läßt sich der Phasenwinkel zwischen der Frequenz, die in jedem Oszillator erzeugt wird, messen und zwar als Maß des Einflusses auf die Resonanzfzquenz eines der Oszillatoren relativ zum anderen und falls dieser Einfluß auf die Parameter eines externen Testteiles oder Gegenstandes zurückführbar ist, der einen Oszillator beeinflußt, stellt die Messung des Phasenwinkels ein Maß einer Eigenschaft oder eines Parameters des Teststückes dar. Demzufolge läßt sich eine "In Ordnung/mangelhaft" -Meßgerät (go, no-go gauge) dadurch betreiben, daß man die Phasendifferenzen einer vorbestimmten Größe feststellt und zwar unter Vewendung einer Schwellenschaltung oder es kann eine direkte Anzeige des Phasenwinkels hinsichtlich der Abweichung von der Normdimension oder einem anderen Merkmal des Teststückes, welches die Resonanzfrequenz geeicht werden. Wenn das Teststück die Resonanzfrequenz eines der Oszillatoren ausreichend beeinflußt, so daß die Synchronisation zwischen den zwei Oszillatoren verlorengeht, so arbeitet jeder Oszillator auf seiner eigenen Resonanzfrquenz und es läßt sich diese Frquenzdifferenz erfassen, um anzuzeigen, daß das Teststück um mehr als einen vorbestimmten Betrag abweicht, der erforderlich ist, um den Verlust einer Synchronisation zu bewirken.
  • Es lassen sich eine Reihe von Abwandlungen vornehmen, die für den Fachmann offensichtlich sind, ohne jedoch dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung zu verlassen.
  • Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.

Claims (8)

  1. PATENTANSPRÜCHE
    W Verfahren zum Prüfen einer Eigenschaft eines Teiles oder Gegenstands, welche die Resonanzfrequenz eines abgestimmten Kreises beeinflussen kann, wenn das Teil oder der Gegenstand in die Nähe des Schwingkreises gebracht wird, dadurch gekennzeichnet, daß zwei Oszillatoren auf nahezu der gleichen Frequenz betrieben werden, wobei die Schwingfrequenz eines der Oszillatoren durch den abgestimmten Schwingkreis bestimmt ist, daß weiter von dem anderen der Oszillatoren Schwingenergie zu dem einen Oszillator in ausreichendem Maße gekoppelt wird, um die Schwingungen beider Oszillatoren auf der gleichen Frequenz zu synchronisieren, und daß die Phasendifferenz zwischen den gleichfrequenten Schwingungen der Oszillatoren als ein Maß der genannten Eigenschaft erfaßt wird.
  2. 2. Gerät zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 zum Prüfen von Teilen oder Gegenständen,die durch Annäherung die ResonanzFequenz eines abgestimmten Schwingkreises beeinflussen können, dadurch gekennzeichnet, daß ein erster und ein zweiter Oszillator vorgesehen ist, die einen ersten bzw. zweiten abgestimmten Schwingkreis enthalten, die die ungestörte Schwingfrequenz der Oszillatoren bestimmen; daß Mittel vorgesehen sind, um die Teile oder Gegenstände dem ersten abgestimmten Schwingkreis zuzuordnen, derart, daß die Resonanzfrequenz des-ersten chwin abgestimmten/kreises geändert wird; daß weiter Abstimm-Mittel zum Abstimmen der Oszillatoren auf einen Betrieb auf nahezu der gleichen Frequenz vorgesehen sind; daß eine Kopplungseinrichtung vorgesehen ist und die Schwingenergie zwischen den Oszillatoren in ausreichendem Maße koppelt, um die Oszillatoren für den Betrieb auf der gleichen Frequenz zu synchronisieren; daß Einrichtungen an die Oszillatoren gekoppelt sind, um den Phasenwi-nkel zwischen den Schwingungen, im synchronisierten Zustand, zu erfassen; und daß eine Einrichtung vorgesehen ist, die auf die erfaßten bzw. festgestellten Phasenwinkel-Änderungen anspricht, um eine Eigenschaft der Teile oder Gegenstände, die dem ersten abgestimmten Schwingkreis zugeordnet sind, anzuzeigen.
  3. 3. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß eine Vorrichtung zum Einstellen der Kopplung der Schwingungs-Energie vorgesehen ist, um die Bandbreite der Synchronisation und die Phasenempfindlichkeit der Oszillatoren zu bestimmen.
  4. 4. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine Schwelleneinrichtung mit einer auswählbaren Schwelle vorgesehen ist und an die Phasendetektoreinrichtung gekoppelt ist, um eine vorbestimmte Änderung in der genannten Eigenschaft anzuzeigen, die eine Phasenänderung hervorruft, welche einer gewählten Schwelle entspricht.
  5. 5. Gerät nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß der erste 3chwin -abgestim?nte/Keis eine gewickelte Induktivität enthält, daß die Teile oder Gegenstände elektrisch leitend sind, und daß Mittel vorgesehen sind, um die Teile oder Gegenstände nahe den Windungen der Induktivität innerhalb des Schwing-Magnetfeldes derselben anzuordnen.
  6. 6. Gerät nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwelleneinrichtung mit auswählbarer Schwelle an die Phasendetektoreinrichtung gekoppelt ist und. auf eine vorbestimmte Änderung in der Eigenschaft anspricht die eine Phasenänderung erzeugt, welche einer ausgewählten Schwelle entspricht, um eine Steuervorrichtung zu betätigen, 7. Auf eine Eigenschaft von Teilen oder Gegenständen ansprechendes Gerät, wobei die Teile oder Gegenstände durch ihre Nähe die Resonanzfrequenz eines abgestimmten Kreises bzw. Schwingkreises beeinflussen können, gekennzeichnet durch folgende Merkmale und Einrichtungen: einen ersten und einen zweiten Oszillator mit einem ersten bzw.
  7. einem zweiten abgestimmten Kreis bzw. Schwingkreis, welcher die ungestörte Schwingfrequenz des jeweiligen Oszillators bestimmt; eine Einrichtung, um die Teile oder Gegenstände dem ersten abgestimmten Schwingkreis derart zuzuordnen, daß die Resonanzfrequenz des ersten abgestimmten Schwingkreises geändert wird; eine Abstimmeinrichtungs um wenigstens einen der Oszillatoren abzustimmen, um dadurch nahezu die gleiche Betriebsfrequenz für beide Oszillatoren herzustellen; eine KoppluqFeinrichtung, um die Schwingenergie zwischen den zwei Oszillatoren in ausreichendem Maße zu koppeln, sodaß dadurch die Oszillatoren synchronisiert auf der gleichen Frequenz laufen; an die Oszillatoren angeschlossene Vorrichtungen, die auf den Phasenwinkel zwischen den Schwingungen der Oszillatoren im synchronisierten Zustand derselben ansprecheng und auf vorbestimmte Phasenwinkeländerungen ansprechende Mittel, wobei diese Änderungen durch eine Eigenschaft der Teile oder Ggenstände, die dem ersten abgestimmten Schwingkreis zugeordnet sind, induziert werden, um eine Betätigung ausalösen.
  8. 8. Gerät zum Erfassen von Größen durch elektrische Beeinflussung, gekennzeichnet durch einen ersten Oszillator mit einem abgestimmten Kreis bzw. Schwingkreis; einen zweiten Oszillator mit einem abgestimmten Schwingkreis; einer Einrichtung, um die Oszillatoren auf nahezu der gleichen Frequenz betrieblich abzustimmen; eine Kopplungseinrichtung, um die Schwingsenergie zwischen den Oszillatoren wechselseitig zu koppeln; eine Eintellvorrichtung, um die Größe bzw. das Ausmaß der zwischen den Oszillatoren gekoppelten Energie einzustellen; eine Einrichtung, um den synchronisierten Frequenzzustand für die Oszillatoren zu erfassen; eine Detektoreinrichtung, um eine auf den Phasenwinkel zwischen den Schwingungen in den Oszillatoren während des synchronisierten Frequenzzustandes bezogene Größe zu erfassen; Mittel, um einen externen Einfluß einzuführen, um die Resonanzfrequenz von wenigstens einem der Oszillatoren zu ändern; und eine Anzeigeeinrichtung, um eine Eigenschaft des externen Einfluss-es in Abhängigkeit von der erfaßten, auf den Phasenwinkel bezogenen Größe anzuzeigen.
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