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Steuer- und Meßverfahren und Gerät unter Verwendung von Mitlaufoszillatoren.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Eine Schaltung, die auf den Ausgangsimpuls des Sch-mitt-Triggers anspricht,
ist mit dem Kollektor des Transistors Q11 verbunden.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Unter dieser Bedingung kann es nützlich sein, eine Toleranzgrenze
zu erfassen, wenn die Oszillatoren ausser Schritt fallen bzw.
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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.
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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.
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Es lassen sich eine Reihe von Abwandlungen vornehmen, die für den
Fachmann offensichtlich sind, ohne jedoch dabei den Rahmen der vorliegenden Erfindung
zu verlassen.
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Sämtliche in der Beschreibung erkennbaren und in den Zeichnungen dargestellten
technischen Einzelheiten sind für die Erfindung von Bedeutung.