DE3438332A1

DE3438332A1 - Druckmessvorrichtung

Info

Publication number: DE3438332A1
Application number: DE19843438332
Authority: DE
Inventors: Christian Magny Les Hameaux Yvelines Gohin; Henri Versailles Yvelines Leblond
Original assignee: CROUZET BADIN SA
Current assignee: CROUZET BADIN SA
Priority date: 1983-10-21
Filing date: 1984-10-18
Publication date: 1985-05-09
Also published as: GB2149516B; DE3438332C2; FR2553885A1; GB2149516A; GB8426247D0; FR2553885B1; US4604898A

Description

DIPL.-INO. P.-C. SROKA, dr. H. FEDER, dipi_-phys. dr. W.-DD.'-

PATENTANWÄLTE & EUROPEAN PATENT ATTORNEYS

KLAUS O. WALTER 3 4 3 8 3

RECHTSANWALT

DOMINIKANERSTR. 37. POSTFACH i I I

D-4OOO DÜSSELDORF II

telefon (O211) 5740 22 telex 8584 550

den 1 7.10.1984

IHR ZEICHEN :

= 1-5 440 -14/3

Badin Crouzet

Societe anonyme francaise

Aeroport de Toussues-Le-Noble - Zone Est

Boxte Postale No. 13

78117 Chateaufort (Yvelines) - France

Druckmeßvorrichtung

Die Erfindung betrifft eine Druckmeßvorrichtung, die die Eigenschaften eines einen Hohlraumresonator aufweisenden Gebers auswertet, dessen Resonanzfrequenz durch eine mechanische Deformation einer dem zu messenden Druck ausgesetzten Wand modifiziert wird.

Ein solcher Geber, dessen Grundprinzip wohl bekannt ist, ist von großem Interesse für die Augenblicksmessung von statischen und dynamischen Drücken, und zwar insbesondere 2o

für Anwendungsgebiete, die die Ausrüstung von Luftfahrzeugen betreffen. Im Hinblick auf die Schwierigkeiten, die. auf den Abmessungen und den Umgebungseinflüssen beruhen, denen moderne Luftfahrzeuge ausgesetzt sind, und auch im Hinblick der organischen Redundanz, die ihrer Ausrüstung auferlegt wird, ist es unerläßlich geworden, Meßvorrichtungen zur Verfügung zu haben, die nicht nur klein, leicht und robust, sondern auch in der Lage sind, praktisch Verzögerungsfrei dem Navigations- und Steuerungssystem des Luftfahrzeuges Informationen zu liefern, wobei diese Meßvorrichtungen in einem großen Veränderungsbereich der Einflußfaktoren genau und zuverlässig arbeiten sollen.

Die tradionellen Vorrichtungen, mit denen Luftfahrzeuge zur Messung des statischen Drucks und des Gesamtdrucks ausgerüstet sind, bestehen im wesentlichen aus einer rohrförmigen Sonde, die mit Abstand von der Außenwand des Fahrzeuges in der Luftströmung angeordnet wird. Diese Sonde (Pitot-Rohre) ist gewöhnlich mit frontalen und seitlichen öffnungen zum ärodynamischen Erfassen der Drücke vorgesehen, die für ihre Auswertung über pneumatische Leitungen geeigneter Länge und geeigneten Querschnitts Meßwertgebern zugeführt werden müssen, die im Inneren des Luftfahrzeuges angeordnet sind,

Ein derartiges System hat folgende notorische Nachteile: An erster Stelle beeinflußt die wesentliche Länge der pneumatischen Verbindungsleitungen zwischen der externen Sonde und den internen Meßwertgebern, die der Ausrüstung zum Auswerten der Druckmeßwerte zugeordnet sind, die Vorrichtung mit einer verzögerten Ansprechzeit, die um so langer und um so nachteiliger ist, wie eine sehr schnelle Erfassung und Behandlung der den Druck betreffenden Informationen für die Steuerung von Luftfahrzeugen notwendig ist, die mit Geschwindigkeiten über

Mach 2 fliegen.

Auch die Existenz dieser pneumatischen Leitungen an sich beeinträchtigt die Meßgenauigkeit, und zwar aufgrund umgebungsbedingter Temperaturveränderungen, die mit der Elektrothermischen Enteisung der Sonde sowie mit der ärodynamischen Erhitzung der Oberflächenwände des Luftfahrzeuges in Verbindung stehen.

Das Erfordernis, zu Wartungszwecken die Leitungen, die einen relativ großen Querschnitt (6-12 mm Durchmesser) haben, über ihre gesamte Länge von der externen Sonde bis in das Innere des Luftfahrzeuges in Abschnitte zu teilen, wo (im allgemeinen zur Erhöhung der Funktionssicherheit in mehreren Exemplaren) die Meßwertgeber und die zugeordneten Meßapparate angebracht sind, bedingt die Notwenigkeit, eine bestimmte Anzahl von Anschluß- bzw. Verbindungselementen vorzusehen, wodurch das Volumen, das Gewicht und die Herstellungskosten erhöht werden, wodurch die üblichen Risiken hinsichtlich von Leckverlusten und des Verschließens insbesondere durch Eisbildung noch vergrößert werden.

Um diese Nachteile zu beheben ist insbesondere durch die FR-PS 15 98 497 vorgeschlagen worden, den oder die Druckgeber im Inneren der extern an den Luftfahrzeug befindlichen rohrförmigen Sonde anzubringen, und die erhaltenen Informationen auf elektrischem Weg dem intern in den Luftfahrzeug befindlichen Bearbeitungs- bzw. Auswertungsapparatur zuzuführen; es handelt sich dabei um eine Druckmeßvorrichtung, die einen elektronischen Kreis zur Bearbeitung bzw. Auswertung der Merkmale eines Eohlraumresonator-Gebers umfaßt, dessen Resonanzfrequenz durch

die elektrischen Kapazitätsveränderungen modifiziert wird, die auf der durch den zu messenden Druck bedingten mechanischen Deformation einer Wand beruhen, wobei diese Vorrichtung ein einziges Koaxialkabel zur elektrischen Verbindung des Gebers mit dem Bearbeitungsbzw. Auswertungskreis aufweist.

Auch bei dieser Vorrichtung stören die durch das Verbindungskabel bedingten Fehler · die Messungen, insbesondere wenn man Messungen des statischen Druckes durchführen will.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Druckmeßvorrichtung zu schaffen, welche nicht mit den geschilderten Nachteilen bekannter Anordnungen behaftet ist.

Zur Lösung dieser Aufgabe ist die erfindungsgemäße Druckmeßvorrichtung mit einem elektronischen Kreis zur Bearbeitung bzw. Auswertung der Merkmale mindestens eines einen Hohlraumresonator aufweisenden Gebers, dessen Resonanzfrequenz durch die Kapazitätsveränderung modifiziert wird, die auf der durch den zu messenden Druck bedingten Deformation einer Wand beruhen, und mit einem einzigen Koaxialkabel zur Verbindung des Gebers mit Betriebs- bzw. Auswertungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß der den Hohlraumresonator aufweisende Geber mittels des Koaxialkabels in einen Zweig einer Impedanzmeßbrücke geschaltet ist, die in der Lage ist, den Wert des für den Abstand zwischen der Abstimmfrequenz des Hohlraumes und der Frequenz eines Oszillators charaktistischen Stehwellenverhältnis (TOS) hervorzubringen, und daß der Be-

triebs- bzw. Auswertungskreis eine Steuerungsanordnung enthält, um permanent die Gleichheit der Mittelfrequenz des Oszillators und der Abstimmfrequenz des Eohlraumresonators-Gebers zu gewährleisten. 5

Infolge der Erfindung und dadurch, daß das Stehwellenverhältnis zur Steuerung des Oszillators benutzt wird, ist der zu messende Druck nicht an dieses Stehwellenverhältnis gebunden sondern an die Frequenzveränderung des Oszillators.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher beschrieben. Es zeigen:

Fig. 1 einen Axialschnitt eines einen Hohlraumresonator umfassenden kapazitiven DruckgebereIementes und einen Abschnitt des zugeordneten Koaxial-Anschlußkabels;
Fig. 2 einen Axialschnitt einer rohrförmigen Sonde (Pitot-Rohr) zur Erfassung des ärodynamisehen Druckes mit zugeordneten Geberelement gemäß

Figur 1;
Fig. 3 in schematischer Darstellung den funktioneilen

Aufbau der erfindungsgemäßen Druckmeßvorrichtung; Fig. 4 in grafischer Darstellung die die Spannung betreffenden Ausgangsinformationen, die von dem TOS-Meßer als Funktion der Abstimmfrequenzen (FO) und der Erregerfrequenzen (F1) des erfindungsgemäß verwendeten Hohlraumresonators geliefert werden, und Fig. 5 in schematischer Darstellung den funktioneilen Aufbau eines Teils der in Figur 3 dargestellten Anordnung, und zwar integriert in ein Muliplexsystem zur Auswertung bzw. Behandlung einer Vielzahl von Hohlraumresonator-Gebern.

Gemäß dem beschriebenen und dargestellten Ausführungsbeispiel umfaßt der Geber 10 einen ultrahochfrequenten Hohlraumresonator, der aus einer induktiven im Kurzschluß liegenden Koaxialleitung gebildet ist, deren freies Ende durch ein kapazitives Element begrenzt wird. Dieses letztere ist gebildet durch einen kleinen flachen Kondensator, dessen einer Kondensatorbelag aus einer Scheibe 11 besteht, die fest mit der Leiterseele der Koaxialleitung verbunden ist, während der andere Kondensatorbelag durch eine Vorderwand gebildet ist, die unter dem Einfluß des Außendruckes verformbar ist. Diese verformbare Wand, die den Hohlraum des Gebers hermetisch abschließt, besteht normalerweise aus einer flexiblen Membrang 12 aus elastischem Metall.

Um, wie es später noch erläutert wird, die notwendige Kopplung mit der zugeordneten Elektronikschaltung bei der Erregung des Gebers 10 ebenso wie bei der Messung seiner Abstimmfrequenz als Funktion des auf die Membran 12 ausgeübten Druckes realisieren zu können, ist ein elektrischer Anschluß 13 vorgesehen, der, obgleich er normalerweise, wie es sich errechnen läßt, in unmittelbarer Nähe des Fußes der Seele der Koaxialleitung liegen kann, auch in genauer und optimaler Stellung auf dieser Leitung angebracht sein kann, und zwar aufgrund einer geeigneten Verstellmöglichkeit, die bei seiner Herstellung vorgesehen sein kann.

Wenn die Vorrichtung zum Messen des Absolutdruckes vorgesehen ist, ist natürlich dafür Sorge zu tragen, daß der hermetisch abgedichtete Hohlraum des Gebers luftleer ist.

Das Funktionsprinzip des erfindungsgemäßen Gebers gründet sich auf den folgenden theoretischen und experimentellen Betrachtungen:

Die Resonanz- oder Abstiitiitifrequenz y des Hohlraums erhält man, indem man die Summe der Admittanzen der im Kurzschluß liegenden Koaxialleitung und der geschlossenen Leitung bezogen auf die variable Kapazität im Punkte des Anschluss 13 des elktrischen Abgriffs der Erregung und der Messung berechnet und zwar:

cos 2 ψ 11 1_ ^sin 2 *¥ 12 ₊ jC 2^c cos 2 ^f 12

yo .+

jZ sin 2 cy 11 cos 2 ⁰T 12 - C 2 «fr c Z sin 2 «f 12

mit 11: Länge der Leiterseele der Koaxialleitung in Richtung aauf den Kurzschluß;
12: Länge der Leiterseele der Koaxialleitung in Richtung auf die veränderliche Kapazität;

λ: Wellenlänge der in Betracht gezogenen Frequenz; c: Lichtgeschwindigkeit;

Z : Charakteristische Impedanz der Koaxialleitung und im wesentlichen gleich <Γ ^1ο9-ι_ο D/d, mit D: Durchmesser der Innenwand der Koaxialleitung; d: Durchmesser der Seele (des Kerns) der Koaxialleitung; </ : Permeabilitätskonstante des Dielektrikums = 138 in Luft oder unter Vakuum) und mit

C: Kapazität, die durch die Membran und die innere Abschlußscheibe der Koaxialleitung gebildet ist

mit ^= Ausbreitungskonstante in dem Dielektrikum (=310 m/s) , s= Oberfläche der Abschlußscheibe, e: Abstand zwischen der Scheibe und der Membran.

Infolge der Krümmung der Membran ist die Veränderung der Kapazität etwa gleich 1/3 der Veränderung, wie sie mit der obigen Ännäherungsformel berechnet ist. Für eine Membran mit einer gegebenen Steifigkeit K, deren Deformation im _ wesentlichen eine Linearfunktion des zu messenden Druckes P ist, erhält man auf diese iieise die folgende Beziehung zwischen der Abstimmfrequenz des Eohlraumresonators und dem auf die Membran des Gebers ausgeübten Druck:

ο KP _ 2^c tg

-ν-

Eine begrenzte Entwicklung der Funktion (arc tg) zeigt eine quadratische Beziehung zwischen der Abstimmfrequenz und der Membranverlagerung, was eine ausreichende Linearität in einem breiten Veränderungsbereich des zu messenden Druckes sicherstellt.

Der eigentliche Geber wird im wesentlichen durch einen Hohlraum gebildet, der in einen Zylinderkörper aus "IiWAR" eingearbeitet ist, um die Auswirkungen der thermischen Dilatation zu begrenzen, wobei die Innenwände dieses Hohlraumes versilbert sind, um die elektrische Oberflächenleitfähigkeit zu verbessern.

Die Abmessungen des Zylinderkörpers betragen etwa 12 mm im Durchmesser und 15 mm in der Höhe, so daß er leicht in einem Pitot-Rohr (Fig. 2) untergebracht werden kann.

Die flexible Membran, die den Hohlraum verschließt, besteht aus einem Folienmaterial mit hoher elastischer Streckfehigkeit, beispielsweise einem Material, welches unter den

- 11 Warenzeichen "DURINVAL" oder "NISPAN C" im Handel ist.

Um eine hohe Haltbarkeit und eine vollständige Abdichtung des Hohlraumes zu erhalten, ist die Membran durch Silberverlötung oder durch Elektronenbeschuß an dem Geberkörper befestigt, und die elektrische Verbindung mit dem Elektronikgehäuse der noch zu beschreibenden Betriebsschaltung ist mittels eines halbstarren Koaxialkabels von 2 mm Durchmesser und unbegrenzter Länge realisiert, dessen Impedanz 50 Ohm beträgt.

Bei den oben behandelten experimentelen Bediengungen variiert die Resonanzfrequenz des erfindungsgemäßen Gebers von 1,6 bis 2,3 GHz für einen Bereich des Absolutdruckes, der sich in typischer Weise von 0 bis 1500 mb verändert.

Betriebsschaltungsteil (Fig. 3, 4,5)

Die elektronische Betriebsschaltung dient dazu, ein elektrisches Ausgangssignal zu liefern, daß für den auf den zugeordneten Geber ausgeübten Druck repräsentativ ist, und zwar ausgehend von einer Messung der Eigenfrequenz (oder Resonanzfrequenz) des Hohlraumes dieses Gebers.

Die klassischen Methoden zur Messung der Eigenfrequenz eines Hohlraumes mit einer sehr hohen Frequenz oder einer ultrahohen Frequenz bestehen darin, entweder

- den Hohlraum als Abstimmkreis eines Cszillators zu verwenden, der eine von der Eigenfrequenz des Hohlraumes und damit von dem zu messenden Druck abhängige Frequenz liefert, oder

- die von dem Hohlraum absorbierte oder übertragene Leistung als Funktion einer Erregerfrequenz zu messen, die von einem Oszillator geliefert wird.

Im Hinblick auf die Schwierigkeiten bei der Benutzung der erfindungsgemäßen Vorrichtung, die einerseits eine einzige Verbindung zwischen dem Geber und seiner Betriebsschaltung und andererseits die Notwendigkeit bedingen, den Geber und seine Betriebsschaltung in einem sehr großen Abstand voneinander zu trennen, haben sich diese klassischen Methoden als in der Leistung unzulänglich herausgestellt, und zwar infolge technologischer Grenzen (Stabilität des Betriebsverhaltens und Temperaturverhalten) der bisher verfügbaren elektronischen ο Komponenten.

Die erfindungsgemäße Anordnung beruht somit auf der Zurverfügungsstellung eines neuen Konzept, welches darin besteht, daß Stehwellenverhältnis in der einzigen den Geber mit der Betriebsschaltung verbindenden Leitung zu messen.

Mittels der alleinigen Bedingung einer vollkommenen Impedanzanpassung zwischen der Koaxialverbindung und dem Geber einerseits und zwischen der Koaxialleitung und der Impedanzmeßbrücke, um das Stehwellenverhältnis hervorzuheben, andererseits, gewährt diese Methode die totale Messung unabhängig von den Eigencharaktaristika der Leitung, des Gebers, der Impedanzmeßbrücke und insbesondere ihrer eventuellen Instabilitäten (abgeleitet in der Zeit oder in der Temperatur) , wobei sie gleichfalls eine einfache und stabile Mehrkanalausnutzung einer Vielzahl von Gebern ermöglicht, die aufeinanderfolgend eine einzige Betriebsschaltung benützen.

Bei Verwendung einer Koaxialverbindung wird der Geber demzufolge in einem Zweig einer Impedanzmeßbrücke angeordnet, die es dadurch ermöglicht, die Veränderungen des Stehwellenverhältnis (TOS) in der Koaxialleitung zum Ausdruck zu bringen.

ο / ο Ο ι ο ι ύ k O O O O Δ

Figur 3 zeigt das allgemeine Organisationschema der Vorrichtung, deren Funktionsweise wie folgt ist:

Die durch den Geber 10 und die zum TOS-Messer 2 führende Koaxialverbindung 14 gebildete Einheit wird durch einen Oszillator 3 erregt, dessen Frequenz von einer an seinen Eingang 31 angelegten Spannung gesteuert wird.

Dieser Generator 3 wird ständig in der Nähe der Eigenfrequenz des Gebers von einem Steuerkreis 100 gesteuert, der in klassischer Weise einen Abtastoszillator 4, einen Synchrondemodulator 5, einen Integrator 6 und den spannungsgesteuerten Frequenzgenerator 3 umfaßt.

-je Infolge der durch den Steuerkreis 100 bewirkten nur geringen Frequenzabwanderung von der Eigenfrequenz blockiert dieser, obwohl er die ständige Nachfolge der während der Zeit auf den Geber einwirkenden fluktuierenden oder veränderlichen Drücke gewährleistet, nicht automatisch auf der Resonanzfre-

2ο quenz des Gebers 1, wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird.

Eine aus einem Rampengenerator 9 und einen den Schalter steuernden Komperator bestehender Initialisationskreis 110 wird daher verwendet, um diese automatische Verriegelung zu erhalten. ·

Wenn die Vorrichtung unter Spannung gesetzt wird, wird somit der Dauermeßzustand gemäß zwei aufeinanderfolgenden Wirkungs-bzw. Betriebsweisen erhalten, deren aufeinanderfolgender Ablauf automatisch ist:
- Recherchierbetrieb (oder Initialisationsbetrieb) , bei dem

während eines ersten Zeitabschnittes der Kreis 110 die approximative Resonanzfrequenz des Gebers aufsucht, indem er den Frequenzbereich abtastet, der der Gesamtheit des zu messenden Bereiches entspricht. Wenn eine wesentliche Verringerung des TOS festgestellt bzw. angezeigt wird, wird die Abtastung angehalten und das System geht automatisch in den Polgebetrieb über.
- Folgebetrieb_f bei dem die Oszillatorfrequenz durch ein R

Rechtecksignal um den Wert herum moduliert wird, der durch den Initilisatxonsbetrieb festgestellt ist. Diese Modulation bildet eine Abtastung, die es ermöglicht, den Oszillator auf eine Mittelfrequenz einzusteuern, der gleich derjenigen der Resonanz des Gebers ist, wobei die Messung dieser Frequenz die gesuchte genaue Information liefert. 15

Diese Messung wird in klassischer Weise mittels eines Frequenzmessers durchgeführt, der direkt (oder nach Frequenzteilung) die mittlere Frequenz am Ausgang Oszillators 3 mißt. Da das Modulationssignal periodisch ist, kann es über eine große Entfernung ohne Degradation übertragen werden, die durch Störwiderstände oder Induktionen von Störsignalen bedingt sein kann, die von benachbarten elektrischen oder elektromagnetischen Kreisen herrühren.

Eine weitere ins Auge gefaßte Meßmethode besteht darin, die mittlere kontinuierliche Steuerspannung des Oszillators zu messen, die, da sie ihrerseits der Resonanzfrequenz des Gebers proportional ist, es auch hinsichtlich des zu messenden Druckes ist.

Eine detaillierte Beschreibung des Aufbaus sowie der Funktionsweise der Betriebs- bzw. Auswertschaltung wird im folgenden anhand von Figur 3 gegeben.

Für einen vorgegebenen, zu messenden Druck Po hat der Geber eine Frequenz Fo (beispielsweise von 1 bis 3GHz) .

Die Einheit 1 (umfaßend den Geber mit dem Hohlraumresonator und seine Verbindung mittels Koaxialkabel) in den Zweig 22 - 23 der Impedanzmeßbrücke 2 geschaltet, um als TOS-Meßer zu fungieren,
5

Die Meßbrücke wird über ihren Eingang 21 mit einer Frequenz F1 gespeist, die sich nur wenig von der von dem Oszillator 3 des Steuerkreises 100 gelieferten Frequenz Fo unterscheidet. Die an der Ausgangsklemme 2 4 herrschende Gleichspannung U1 (nach Filterung durch die Elemente L1, L2 und C, die dazu dienen, die Rückstände der ultrahohen Frequenz der Abtastfrequenz zu eliminieren) ist eine Funktion des in der Einheit 1 existierende Stehwellenverhältnisses (TOS) und damit des Abstandes zwischen Erregerfrequenz F1 und der Eigenfrequenz Fo des Gebers entsprechend dem in Figur 4 graphisch dargestellten Gesetz.

Diese Spannung U1 durchläuft ein Minimum, wenn F1 = Fo.

Die Spannung U1, die als Fehlerspannung bezeichnet wird, wird von dem Steuerkreis 100 ausgewertet, um permanent zu erfahren, ob sie ein Minimum hat, d.h. ob die von dem Oszillator 3 gelieferte Frequenz F1 permanent = Fo ist, unabhängig davon, wie die Entwicklungen des zu messenden Druckes (und damit der Frequenz Fo) sind.

um diese Steuerung zu erhalten, benutzt der Steuerkreis das Konzept der "Abtastung" des Resonanzbetriebes des Hohlraumresonators des Gebers durch Frequenzmodulation +_^Af (typischerweise 50 bis 500 KHz) mit geringer Abwanderung um den Wert F1. Su diesem Zweck ist die an den Eingang des Oszillators 3 angelegte Steuerspannung die Summe der am Punkt 64 vorhandenen Gleichspannung, welche F1 repräsentiert, und der im Punkt 42 vorhandenen Abtastspannung, die von dem Abtastoszillator 4 geliefert wird und + a f re-

präsentiert (der Wert der Abtastspannung liegt typischerweise zwischen 10 und 100 KHz).

Die Widerstände 43 und 63 bewirken die Summenbildung dieser an den Steuereingang 31 des veränderlichen Oszillators 3 angelegten Spannungen.

Wie es graphisch in Figur 4 dargestellt ist, oszilliert die vom T(J^-Meßer 2 gelieferte und an der Klemme 2 4 liegende 1c Gleichspannung mit der Frequenz des Abtastoszillators 4 zwischen den Werten U2 und U3.

Der Wert von U2 - U3, der sich bei F1 = Fo annuliert, ist entsprechend dem Vorzeichen von Fi-Fo positiv oder negativ.

Der Synchrondemudulator 5 führt die Messung von U2 - U3 aus, deren Wert bzw. Ergebnis an seiner Ausgangsklemme 53 verfügbar ist. Diese Spannung U2 - U3 wird an den Eingang des Intregators 6 angelegt, der aus dem Hochverstärkungs-Verstärker 60, dem Widerstand 61 und dem Kondensator 6 2 besteht.

Die Ausgansspannung im Punkt 64 dieses intregators 6 entwickelt sich, bis U2 - U3 = O, d.h. bis F1 = Fo, wodurch die Permanentsteuerung des Systems realisiert und die Berücksichtigung der sich während der Zeit verändenden Drücke gewährleistet sind.

Die Ausgangsinformation ist entweder in Form einer Gleich Spannung (Ausgang 101) , die die Spannuug im Punkt 64 gleich der mittleren Steuerspannung im Punkt 31 des Oszillators repräsentiert, welche Frequenz permanent der Eigenfrequenz des Hohlraumes der Resonanzeinheit 1 (Geber 10 und Koaxialkabel 11) gleicht.
35

'T / O Γι Λ

34Jöj

- 17 -

Bei dem Unterspannungsetzen der Vorrichtung kann jedoch die Frequenz F1 des Oszillators 3 sehr weit entfernt von der Eigenfrequenz Fo des Hohlraumes sein. In diesem Fall kann die Spannung U2 - U3 zu gering sein, um wirksam meßbar zu sein und damit die Entwicklung der Spannung 64 in Richtung auf ihren endgültigen Wert zu gewährleisten, (d.h., um die Konvergenz der Spannung F1 in Richtung auf die Spannung Fo herbeizuführen.) .

Um dieses Problem zu lösen, ist der Betriebskreis 100 vervollständigt durch den Initialisationskreis 110, um für alle Fälle die Entwicklung des Systemzustandes in Richtung auf den endgültigen Wert zu gewährleisten. Zu diesem Zweck umfaßt der Initialisationskreis 110 einen Komparator 7, der eine Schwellspannung 71 mit dem aktuellen Wert U1 vergleicht, der von dem TOS-Messer 2 stammt und bei 72 angelegt wird.

Solange U1 groß ist und über der Schwellspannung 71 liegt, gewährleistet der Komparator 7 das Schließen des Schalters 8, wodurch eine von dem Rampengenerator 9 gelieferte Spannungsrampe an den Eingang des Verstärkers 60 angelegt wird. Diese Rampe hat natürlich eine ausreichende Amplitude, um den gesamten Frequenzbereich des Gebers zu untersuchen.

Wenn die Spannung F1, die von dem Oszillator 3 geliefert wird, der durch die Spannung des Rampengenerators 9 gesteuert wird, in der Nähe von Fo ist, verringert sich die von dem TOS-Messer gelieferte Spannung U1 in beträchtlichem Umfang, und wenn diese Spannung niedriger als der festgelegte Schwellwert ist, steuert der Komparator 7 das öffnen des Schalters 8. Von diesem Augenblick an ist die Spannung 64 in der Nähe ihres endgültigen Wertes, und der Steuerkreis 100 tritt in Betrieb und gewährleistet die abschließende Steuerung von F1 auf den Resonanzwert Fo des Gebers 10.

Unter den bereits erwähnten Vorteilen der erfindungsgemäßen Vorrichtung gegenüber dem Stand der Technik ist die Fähigkeit, einen einzigen Betriebs- bzw. Auswertkreis mit einer Vielzahl von Gebern benutzen zu können, von besonderem Interesse für die Luftfahrt. Aus diesem Grund ist die spezielle Anordnung der Mittel, die notwendig sind, um diese Fähigkeit auszunutzen, in Figur 5 dargestellt und wird im folgenden beschreiben.

'° Außer dem bereits beschriebenen Betriebs- bzw. Auswertkreis 120, der durch die Impedanzmeßbrücke (TOS-Meßer) 2, den

Steuerkreis 100 und den Initxalatxonskreis 110 gebildet ist, umfaßt diese folgende Mittel:

- Einen Kommutator 150 mit angepaßter Impedanz (bei-

spielsweise 50 0hm), der in der Lage ist, am Eingang 22 des TOS-Meßers 2 aufeinanderfolgend eine Vielzahl von

Gebern C1 Cn zu kommutieren.

- einen Kommutator 160 klassischer Bauart, der in der Lage ist, entweder die Ausgangsfrequenz 102 mittels des Frequenzmeßers 130 oder die Ausgangsspannung 101 auf

Ausgangsleitungen zu kommutieren, die durch S1 Sn

dargestellt sind,

- und einen Folgebildner 140, d.h. einen Generator, der entweder mit feststehender Kadenz autonom ist, oder über einen

_?t. externen Eingang 141 gesteuert wird, der von dem System stammt, welches die Informationen des Gebers benutzt.

Die Funktion dieses Folgebildners besteht darin, die Synchronkommutation der Kommutatoren 150 und 160 sicherzustellen, um zu einem gegebenen Augenblick (periodisch oder auf Abruf) folgende Informationen zu liefern:

. die Information des Gebers C1 am Ausgang S1 . die Information des Gebers Cn am Ausgang Sn

Für den Fall, daß bei der realisierten Ausführungsform der Folgebildner autonom ist, sind Schaltungen 161, 162 usw. zur Aufrechterhaltung der Spannung vorgesehen, um ständig die Ausgangsinformationen der Geber C1 bis Cn jeweils an den Ausgängen S1 bis Sn zur Verfügung zu stellen.

Die Frequenz einen vollständigen Kommutationszyklus beträgt beispielsweise 100 bis 1000 Hz, wodurch die Auffrischung der verfügbaren Informationen an den Ausgängen S1 bis Sn alle 1-10 Millisekunden gewährleistet ist.

-50-

- Leerseite -

Claims

Patentansprüche

1. Druckmeßvorrichtung mit einem elektronischen Kreis zur Bearbeitung bzw. Auswertung der Merkmale mindestens eines einen Hohlraumresonator aufweisenden Gebers, dessen Resonanzfrequenz durch die KapazitatsVeränderungen modifiziert wird, die auf der durch den zu messenden Druck bedingten Deformation einer Wand beruhen, und mit einem einzigen Koaxialkabel (14) zur Verbindung des Gebers (10) mit dem Betriebs- bzw. Auswertungskreis, dadurch gekennzeichnet, daß der den Hohlraumresonator aufweisende Geber (10) mittels des Koaxialkabels (14) in einen Zweig einer Impedanzmeßbrücke (2) geschaltet ist, die in der Lage ist, den Wert des für den Abstand zwischen der Abstimmfrequenz des Hohlraums (10) und der Frequenz eines Oszillators (3) charakteristischen Stehwellenverhältnis hervorzubringen, und daß der Betriebs- bzw. Auswertungskreis eine Steuerungsanordnung (100, 110) enthält, um permanent die Gleichheit der Mittelfrequenz des Oszillators (3) und der Abstimmfrequenz des Hohlraumresonator-Gebers (10) zu gewährleisten.

2. Druckmeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Steuerungsanordnung zwei aufeinanderfolgende Betriebsweisen umfaßt, und zwar eine Recherchierbetriebsweise (oder Initialisationsbetriebsweise) (110) und eine Folgebetriebsweise (100) mit automatischer Selektion.

3. Druckroeßvorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens einen Hohlraumresonator-Geber (10) umfaßt, der in eine Sonde zur Messung von statischen und/oder gesamten Strömungsmitteldrücken eingefügt ist.

4, Druckrceßvorrichtung nach einen der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie einen Kommutator (160) aufweist, der in der Lage ist, die Mehrkanalausnutzung von mehreren Gebern mit einem einzigen Betriebs- oder Auswertungskreis zu bewirken.