DE3536643C2 - Mechanischer Schwinger - Google Patents

Abstract

Der mechanische Schwinger für einen Resonanzbetrieb ist insbesondere für einen Strahlchopper geeignet und weist einen eine feste Masse darstellenden mechanisch steifen Schwingarm, eine auf den Schwingarm einwirkende Feder mit fester Federkonstanten, sowie einen Antrieb für den Schwingarm mit einer Mitkopplungsschaltung zur Selbsterregung in der Resonanzfrequenz des aus dem Schwingarm und der Feder bestehenden Masse-Feder-Systems auf. Zur Messung und/oder Beeinflussung des Zeitverhältnisses der beiden Halbschwingungen (tg, to) ist mindestens ein an dem Schwingarm (1) angeordnetes erstes magnetisches System (9; 5) sowie mindestens ein, mit dem ersten magnetischen System in Wirkverbindung stehendes, zweites magnetisches System (7, 8; 6) vorgesehen.

Description

3 4

doppeltem Strahldurchmesser würde der Amplituden- sen Schwingfrequenz auf einfache Weise elektrisch vari-

verlauf der Blende die· in F i g. 2a dargestellte Form ha- ierbar ist.

ben. Zugrundegelegt wird hierbei, daß die im Antrieb Eine Schaltung zur Erregung in der Resonanzfrevorhandene, auf die Drehachse wirkende Feder einen quenz ist in F i g. 5 dargestellt. Das mit den Spannungs-Hnearen Kennlinienverlauf gemäß Fig.2b aufweist. 5 spitzen der Spulen 7 und 8 überlagerte Pick-off-Signal Aufgrund der angestrebten möglichst langen Zeiten, in der Abgriffe 10.1 (sh. F i g. 6c) des insgesamt mit 10 bedenen der Strahlengang völlig frei bzw. völlig geschlos- zeichneten Strahlchoppers wird einmal einem Verstärsen ist und der damit verbundenen unterschiedlichen ker mit Tiefpaßcharakter 11 zur eigentlichen Verstär-Größen der Chopperblends und des Strahlendurchmes- kung des Pick-off-Signals sowie einem Hochpaß 12 zur sers sind die Zeiten der vollständigen öffnung bei einer to Selektion der Spannungsimpulse der Spulen 7 und 8 reinen Sinusschwingung stets größer als die des voll- zugeführt- Eine derartige Oberlagerung der Signale aus ständigen Verschlusses. Wird nun gemäß der Erfindung den Spulen 7 und 8 mit dem Pick-off-Signal ist vor allem am Schwingarm 1 des Strahlchoppers ein erster Perma- dann zweckmäßig, wenn nur eine geringe Anzahl von nenunagnet 5 und an einem diesem Magneten 5 bei Meßleitungen entweder zur Verfügung steht oder, beimaximalem Pendelausschlag gegenüberliegenden Ge- 15 spielsweise bei einem Kyrostatenbetrieb, verwendet häuseteil ein zweiter Magnet 6 derart angeordnet, daß werden solL Ist eine derartige Signalübertragung nicht im Bereich des Endausschlages auf den Magneten 5 eine notwendig, so kann die Elektronik (11,12) zur Trennung abstoßende Kraft aujigeübt wird, so ist dies mit einer der beiden Signale entfallen. Das amplitudenproportio-Verändarung der Federkennlinie gemäß F i g. 3b gleich- nale Pick-Off-Signal wird in einem Komparator 13 digizusetzen. Je nach Abstand und Stärke der Magneten 5 20 talisiert Mit Hilfe dieses digitalisierten Signales des und 6 läßt sich der nichtlineare Bereich der Federkennli- !Comparators 13 werden in einem 'ntervallselektor 14 nie für die Halbschwirigung. in der Sirahlendurchmesser die beiden Zeiten t_g und t, für den geschlossenen und freigegeben ist, verändern, was durch die jestrichehe offenen Zustand bestimmt. Die am Aasgang des Inter-Federkennlinie angedeutet ist Eine derart veränderte vallselektors anliegenden Signale für t_g und t_o sind in Federkennlinie wirkt sich im Schwingungsverlauf der 25 Fig.6d dargestellt. Aus dem am Verstärker Π anlie-Chopperblende derart aus, daß die den Strahlendurch- genden verstärkten Pick-Off-Signal erzeugt ein Amplimesser freigebende Halbschwingung zeitlich verkürzt tudenuetektor 15 eine der Chopperamplitude proporwird. Bei entsprechender Einstellung der Magente 5 und tionale Gleichspannung DC. Diese Gleichspannung

6 kann erreicht werden, daß die Zeiten tg, in denen der wird einem Summenverstärker 16 als Istwert zugeführt. Strahlengang 4 vollständig verschlossen ist und die Zei- 30 Der entsprechende Amplitudensollwen wird dadurch ten to. in denen der Strahlengang vollständig geöffnet erzeugt daß die Signale für t_g und f_o je einem Tiefpaß 17 ist. gleich lang sind. Diese Zeiten können beispielsweise und 18 zugeführt und in zeitproportionale Gleichspandadurch überprüft werden, daß parallel zur Schwin- nungen DC_g und DC₀ umgewandelt werden. Ein angungsebene des Strahlchoppers zwei Induktionsspulen schließender Summenverstärker 19 bildet die Differenz

7 und 8 angeordnet sind, an denen der Schwingarm 1 35 ADCg-_o der beiden Signale DC_g und DC₀. Dieses Diffe- und ein daran befestigter weiterer Permanentmagnet 9 renzsignal ADC_g-_o steuert einen Sollwertgeber 20 der vorbeistreicht und dabei in den Spulen 7 und 8 einen Chopperamplituden über einen PI-Verstärker21 so, daß Spannungsimpuls induziert Die Spulen sind so positio- das Verhältnis der Zeiten t_g und to den Wert 1 erreicht, niert, daß je ein Spannungsimpuls zu Beginn und zum Hierzu wird in dem Summenverstärker 16 der Amplitu-Ende der »offen«- bzw. »geschlossen«-Phase erzeugt 40 den-Istwert mit dem, wie eben beschrieben, erzeugten wird. Füri';n Fall, daß das Verhältnis aus Strahldurch- Sollwert verglichen. Die Differenz ADC wird in einem messer und Schwingamplitude klein ist genüt zur Posi- PNVerstärker 22 verstärkt und in einem Modulator 23 tionsbestimmung des Schwingarms auch nur eine ent- mit Hilfe des digitalisierten Pick-Off-Signales phasensprechend angeordnete Spule. Der Spannungsverlauf starr zur Chopperamplitude moduliert. Fin Stromtrei- Ui und Ug in den Spulen 7 und 8 ist in Fig.6b darge- 45 ber 24 wandelt das Modulatorsignal in entsprechende stellt wobei zum Vergleich der in F i g. 3a beschriebene Stromimpulse für den Chopperantrkb 10.2 um. wo-SachverhJt nochmals in F i g. 6a dargestellt ist Ein der durch der Regelkreis geschlossen ist

F i g. 6a entsprechender Spannungsverlauf wird durch In F i g. 4 ist in einer Seitenansicht ein Strahlchopper

einen weiteren, im Antrieb 3 vorhandenen Posifionsge- gemäß F i g. 1 dargestellt wobei hier der Aufbau des

ber erzeugt wobei dieses sog. Pick-off-Signal in einer 50 Antriebes prinzipiell gezeigt wird. Im Drehpunkt 1.1 des

Mitkopplungsschaltung zur Selbsterregung in der Reso- Schwingannes 1 greift eine Spiralfeder 3.1 an, so daß ein

nanzfrequenz verwendet wird. schwingendes Ma&se-Feder-System mit einer bestimm-

Für de.i Fall, daß anstelle einer Beeinflussung des ten Resonanzfrequenz entsteht An dem der Blende 2 Zeitverhältnisses der beiden Halbschwingungen die gegenüberliegenden Ende des Schwingarmes sind zwei Schwingfrequenz des Schwingarmes verändert werden 55 Schwinganker 3.2 und 33 angeordnet, die mit einer ent-

soll, kann eine weitere Anordnung aus einem weiteren sprechenden Pos't^;onsgeberspule 3.4 bzw. Antriebsspu-

ersten und einem weiteren zweiten Magneten auch auf Ie 3.5 in Wirkverbindung stehen.

der anderen Setie des Schwingarmes 1 angeordnet sein,

wodurch zwei magnetische Anschläge für den Schwing- Hierzu 4 Blatt Zeichnungen

arm entstehen. Dadurch wird einmal erreicht, daß die 60

Amplitude auf beiden Seiten der Halbschwingungen
von einer Mindestantriebsenergie an nahezu konstant
ist. Weiterhin kann durch eine Erhöhung der mit dem
Antrieb 3 zugeführten Energie die Schwingfrequenz variiert werden; diese ist im wesentlichen proportional der 65
zugeführten Energie solange der Schwingarm 1 keinen
mechanischen Anschlag erfährt. Auf diese Weise entsteht ein im Resonanztftrieb arbeitender Chopper, des-

Claims (5)

1 2 einem Orbit befindlichen Erdsatelliten mittels eines Erd- Patentansprüche: horizontsensors erwähnt Eine andere, aus der DE-OS 30 35 314 bekannte, ebenfalls satellitenbezogene An-

1. Mechanischer Schwinger, insbesondere für ei- Wendung für einen derartigen Strahlchopper ist bei einen Strahichopper, für einen Resonanzbetrieb mit 5 nem Infrarotteleskop gegeben, welches mit gekühlten einem, eine feste Masse darstellenden mechanisch Infrarotsensoren arbeitet. Da diese Sensoren nur Signasteifen Schwingarm, einer auf den Schwingarm ein- Ie im Mikrovoltbereich abgeben und derartig niedrige wirkenden Feder mit fester Federkonstanten, sowie Gleichstromsignale nur schwer verstärkt werden köneinem Antrieb für den Schwingarm mit einer Mit- nen, ist ein Zerhacken der Signale erforderlich, w siehe kopplungsschaltung zur Selbsterregung in der Reso- 10 zweckmäßigerweise durch Zerhacken der einfallenden nanzfrequenz des aus dem Schwingarm und der Fe- Strahlung mittels eines Strahlchoppers durchgeführt der bestehenden Masse-Feder-Systems sowie einer wird. Dieses Zerhacken muß völlig gleichmäßig gesche-Meßeinrichtung zur Bestimmung der Geschwindig- hen, d. h, die Zeiten, in denen die Strahlung auf den keit oder der Position des Schwinganns, g e k e η η - Infrarotdetektor fällt, muss en exakt so lang wie die jezeichnet durch mindestens einen an dem 15 weiligen Dunkelphasen sein. Eine, ähnlichen Zwecken Schwingarm (1) angeordneten ersten Magneten (5) dienende Sekundätspiegel-Kippvorrichtung für ein sowie mindestens einen mit dem ersten Magneten Spiegelteleskop ist beispielsweise aus der DE-OS

(5) in Wirkverbindung stehenden zweiten Magneten 32 13 076 bekannt

(6) zur Beeinflussung des Zeitverhältnisses der bei- Aufgrund der für die Satellitenanwendung erforderliden Halbschwingungen (t_p t_o) und/oder der Schwin- 20 chen geringen Verlustleistung werden derartige Strahlgungsfrequenr ifes Schwingarmes. chopper im Resonanzbetrieb, also bei der Eigenfre-

2. Mechanischer Schwinger nach Anspruch 1 ge- quenz eines Masse-Feder-Systems betrieben,
kennzeichnet durch einen an dem Schwingarm (1) Es ist Aufgabe der Erfindung, einen mechanischen angeordneten ersten Permanentmagneten (5) sowie Schwinger, insbesondere für einen Strahlchopper zu einen zweiten permanenten oder elektrischen Ma- 25 schaffen, der die Anforderungen nach gleichlangen gneten (6), der während einer Halbschwingung des Dunkel- und Durchlaßphasen sowie Betrieb bei der Ei-Schwingarmes (1) eine auf den erstünPermanentma- genfrequenz des Masse Feder-Systems erfüllt und zugneten (5) wirkende, abstoßende Kraft erzeugt dem einem änderbaren periodischen, insbesondere

3. Mechanischer Schwinger nach Anspruch 2, ge- asymmetrischen Schwingungsverlauf aufweist
kennzeichnet durch einen weiteren zweiten perma- 30 Diese Aufgabe wird durch einen, nach den kennzeichnenten oder elektrischen Magneten, der während nenden Merkmalen des Anspruchs 1 ausgebildeten nieder anderen Ha«uschwingung des Schwingannes (1) chanischen Schwinger gelöst

ebenfalls eine auf den err ten Pt-/Tianentmagneten Mit einem derartigen mechanischen Schwinger ge-

(5) wirkende, abstoßende Knft erzeugt lingt es, beispielsweise die Hell- und Dunkelphasen ei-

4. Mechanischer Schwinger nacf einem der An- 35 nes Strahlchoppers einander anzupassen, was bei einem sprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet daß zur symmetrischen Schwingungsverlauf bei unterschiedli-Besiimmung der Position des Schwingannes (i) an eher Größe des abzublendenden Strahlendurchmessers diesem ein Permanentmagnet (9) angeordnet ist, und und der dazu verwendeten Chopperblende nicht mögzwei parallel zur Schwingungsebene des Schwing- lieh ist

armes (1) angeordnete Induktionsspulen (7, 8) zur 40 Im folgenden wird die Erfindung anhand von in den

Erzeugung zweier Positionssignale des Schwing- Figuren teilweise schematisch dargestellten Ausfüh-

armes (1) während einer Schwingungsperiode durch rungsbeispielen beschrieben. Es zeigt

den Permanentmagneten (9) vorgesehen sind. F i g. 1 einen als Strahlchopper ausgebildeten mecha-

5. Mechanischer Schwinger nach Anspruch 4, da- nischen Schwinger;

durch gekennzeichnet, daß die Positionssignale der 45 Fig.2a den Amplitudenverlauf der Blende eines

Mitkopplungsschaltung zur Steuerung des Antrie- Strahlchoppers bei linearer Federkennlinie;

bes (3) zum Zwecke einer Beeinflussung des Zeitver- F i g. 2b lineare Federkennlinie;

hältnisses der beiden Halbschwingungen des F i g. 3a den Amplitudenverlauf der Strahlenchopper-

Schwingarmes (1) zugeführt werden. blende bei einer Federkennlinie gem. F i g. 3b

50 F i g. 3b Federkennlinie mit nichtlinearem Bereich:

F i g. 4 einen weiteren, als Strahlchopper ausgebildeten mechanischen Schwinger;

Fig.5 eine Regelschaltung für einen Antrieb eines

Die Erfindung betrifft einen mechanischen Schwin- mechanischen Schwingers gem. F i g. 1 oder 4;

ger, insbesondere für einen Strahlchopper, für einen Re- 55 Fig. 6a—d den Signalverlauf an einigen charakteri-

sonanzbetrieb mit einem, eine feste Masse darstellenden stischen Stellen der Regelung gemäß F i g. 5:

mechanisch steifen Schwingarm, einer auf den Schwing- Der in F i g. 1 dargestellte mechanische Schwinger ist

arm einwirkenden Feder mit fester Federkonstanten, als Strahlchopper ausgebildet und weist dazu einen me-

sowie einem Antrieb für den Schwingarm mit einer Mit- chanisih steifen Schwingarm 1 auf, an dessen frei-

kopplungsschaltung zur Selbsterregung in der Reso- 60 schwingendem Ende eine Blende 2 angeordnet ist und

nanzfrequenz des aus dem Schwingarm und der Feder dessen Aufhängung und Antrieb mit 3 bezeichnet und

bestehenden Masse-Feder-Systems sowie einer Meß- nur schematisch dargestellt ist. Der Strahlchopper ist im

einrichtung zur Bestimmung der Geschwindigkeit oder Strahlengang 4 einer optischen bzw. optoelektrischen

der Position des Schwingarms. Einrichtung derart angeordnet, daß bei einer HaIb-

Ein derartiger mechanischer Schwinger ist in der alte- « schwingung der Strahlendurchmesscr (4) voll freigcge-

ren Anmeldung P 34 22 005.4—35 der Anmelderin in bcn und während der anderen voll abgedeckt wird. Bei

Zusammenhang mit einem Verfahren und einer Einrich- einem in Resonanz mit reiner Sinusschwingung schwin-

tung zur Ableitung eines Ablagesignales für einen in genden Strahlchopper mit einer Schwingamplitude von