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Verfahren zur Fernübertragung frequenzgebundener Masse mittels hochfrequenter
Schwingungen Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und Einrichtungen, um
mittels hochfrequenter elektrischer Wellen ein am Ort des Senders eingestelltes
Maß, z. B. die Stellung eines Zeigers, eines Hebels o. dgl. in die Ferne zu übertragen;
das Maß ist frequenzgebunden, d. h. die zu übertragende Stellung ist der Frequenz
eines in der Sendeanlage einbegriffenen Schwingungskreises eindeutig zugeordnet.
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Viele der bisher bekannt gewordenen Einrichtungen, mittels deren beispielsweise
Zeigerstellungen auf elektrischem Wege fernübertragen werden, erfordern eine vergleichsweise
große Anzahl von Fernleitungen, deren Zahl auch noch bei Kunstschaltungen mit gruppenweisen
Zusammenfassungen groß bleibt. Diesen Einrichtungen und solchen, die drahtlos übertragen,
ist weiterhin die Unmöglichkeit gemein, eine Skala mit hinreichender Genauigkeit
kontinuierlich zu übertragen. Man muß nämlich die Skala in eine Anzahl einzelner
Bereiche auflösen, und das bedeutet eine sprungweise Übertragung. Um die Erstreckung
solcher Teilbereiche klein halten zu können, ist vorgeschlagen worden, am Empfangsort
eine Nullmethode zum Kenntlichmachen der Zeigerstellungen zu verwenden. Man hat
einen Teil des Empfangskreises hälftig unterteilt und die Teilkreise gegeneinandergeschaltet.
Bei dieser Einrichtung ist die Genauigkeit der Einstellung am kleinsten für den
Resonanzfall, also gerade für die gesuchte Einstellung. Der Grund liegt darin, daß
der gesuchten Einstellung der Gipfelpunkt der Resonanzkurve entspricht, und daß
in seiner Umgebung die Änderungen der Resonanzkurve am kleinsten sind; die Kurve
der ersten Ableitung der Resonanzkurve geht für deren Gipfelpunkt durch Null.
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Gemäß der Erfindung wird nicht mehr in der herkömmlichen Weise der
Resonanzzustand durch Aufsuchen eines Punktes der Resonanzkurve zu ermitteln gesucht,
sondern man mißt gleichzeitig an zwei Punkten der Resonanzkurve. Hierzu verwendet
man zwei um einen gleichbleibenden Betrag gegeneinander verstimmte Schwingungskreise
als Empfänger und regelt sie gleichartig in bezug auf ihre Frequenz.
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Diese erfindungsgemäß vorgesehenen Empfangskreise sind also niemals
gleichzeitig auf die Sendewelle abstimmbar. Im Regelfalle sind die Ströme in diesen
Kreisen wegen des konstanten Betrages der Verstimmung verschieden stark; sie stimmen
nur für einen einzigen Fall überein, dann nämlich, -wenn die Eigenfrequenz des einen
Empfangskreises um ebensoviel unterhalb der Sendefrequenz, als
die
Eigenfrequenz des anderen Schwingungskreises. oberhalb der Sendefrequenz liegt.
Dies beruht -auf der symmetrischen Gestalt der Resonanzk,u_rve; eine solche ist
in Abb. = in üblicher Weise als Funktion der Wellenlänge bzw. Frequenz veranschaulicht.
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In der Resonanzstellung i, hat ein einziger empfangender Schwingungskreis
einen Höchstwert der Stromstärke; er ist dann genau auf die eintreffenden Schwingungen
abgestimmt, d. h. seine Eigenfrequenz stimmt mit der Frequenz der eintreffenden
Welle genau überein. Bei allen anderen Werten der Eigenfrequenz ist die Empfangsstromstärke
geringer; sie ist um so geringer, je größer die Verstimmung ist, d. h. je mehr die
Eigenfrequenz des Empfangskreises von der Frequenz der eintreffenden Welle abweicht.
Stellungen, die symmetrisch zur Resonanzstellung liegen, also z. B. die Stellungen
a und f oder b und e oder c und d, kennzeichnen sich durch das Auftreten
der gleichen Stromstärke. Aus diesem Grunde kann die Resonanzlage aus einer Einstellung
des Empfangskreises bzw. bei einer einzigen Schwingungsfrequenz nicht ermittelt
werden. Daher ist man auf ein tastendes Herumsuchen angewiesen, das wegen der vorerwähnten
Eigenschaft der Resonanzkurve in der Umgebung ihres Gipfelpunktes bei normalen Werten
der Dämpfung des Empfangskreises keine scharfe Einstellung vorzunehmen ermöglicht.
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Verwendet man dagegen gemäß derErfindung an Stelle eines einzigen
Empfangskreises zwei gleichartige Schwingungskreise, die gegeneinander um einen
gleichbleibenden Betrag verstimmt sind, so führen beide Schwingungskreise im Regelfalle
verschiedene Stromstärken; die Stromstärke ist in dem Schwingungskreis größer, dessen
Eigenfrequenz der Resonanzfrequenz am nächsten liegt. Stellt jetzt Abb. x die gemeinsame
Form der Resonanzkurve der beiden gleichartigen Schwingungskreise für die ankommende
Wellenfrequenz y dar und ist die gleichbleibende Verstimmung der beiden Kreise durch
die Differenz der Abszissen der Punkte b und a gegeben, so wird der Schwingungskreis,
dessen Eigenfrequenz der Abszisse b entspricht, eine größere Stromstärke führen,
als der Schwingungskreis, dessen Eigenfrequenz gleich der Abszisse a ist. Die beiden
Kreise führen hingegen die gleiche Stromstärke, sobald die Eigenfrequenzen so eingestellt
sind, daß sie den Ordinaten in den Punkten c bzw. d entsprechen. Der arithmische
Mittelwert der Eigenfrequenzen beider Empfangskreise stimmt in diesem Falle mit
der Frequenz der eintreffenden Welle überein. In diesem Falle hat man die dem Zeiger
am Sender entsprechende Einstellung am Empfangsort bewirkt. Es ist kennzeichnend,
Saß sich jetzt keiner der beiden Empfangskreise in Resonanz zur Sendewelle befindet,
jede der Eigenfrequenzen der beiden Empfangskreise weicht vielmehr von der Frequenz
der Sendewelle um den gleichen absoluten Betrag ab. Theoretische Überlegungen zeigen,
daß der Höchstwert der Empfindlichkeit der Einstellung dann erreicht wird, wenn
die Eigenfrequenzen der beiden Empfangskreise gleich den Abszissen der Wendepunkte
der Resonanzkurve sind, wenn also die Eigenfrequenz des einen Empfangskreises durch
c, die des anderen durch d gegeben ist.
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Das Anzeigen der genauen Einstellung des Empfangsgerätes auf den Zeiger
im Sender geschieht erfindungsgemäß durch eine Nullmethode. Zu diesem Zwecke wird
in der Empfangsanlage eine Anzeigevorrichtung mit zwei gegeneinandergeschalteten
wirkungsgleichen Stromkreisen angeordnet; der erste Stromkreis ist dem einen, der
zweite dem anderen Empfangskreis zugeordnet. Die Stellung des beweglichen Teils
dieser Anzeigevorrichtung wird also durch die Differenz der Wirkungsgrößen der stromdurchflossenen
Wicklungen, im allgemeinen also unmittelbar durch die Differenz der Ströme selbst
bestimmt. Diese Ströme hängen bei hinsichtlich der Frequenz unveränderlicher Sendewelle
von den Eigenfrequenzen der Empfangskreise ab. Liegen diese Eigenfrequenzen unsymmetrisch
zur Frequenz der Senderwelle und stimmt dem-' nach der Mittelwert der Eigenfrequenzen
mit der Frequenz der Senderwelle nicht überein, dann weist der bewegliche Teil der
Anzeigevorrichtung einen Ausschlag nach der einen oder nach der anderen Seite der
Nullstellung auf, je nachdem die Frequenz der Senderwelle größer oder kleiner als
der Mittelwert der Eigenschwingungen der beiden Empfangskreise ist. Dieser Ausschlag
zeigt daher eindeutig die Richtung an, nach der die beiden Schwingungskreise weiter
zu stimmen sind. Liegen dann diese Eigenfrequenzen symmetrisch zur Frequenz der
Sendewelle, ist also entsprechend den vorstehenden Erläuterungen die gewollteEinstellung
genau erreicht, dann geht der bewegliche Teil der Anzeigevorrichtung in seine Nullstellung.
In der Nähe der Nullstellung ist seine Änderungsgeschwindigkeit vergleichsweise
hoch; deshalb ist die Empfindlichkeit der erfindungsgemäßen Einrichtung beträchtlich
größer als bei Verwendung eines Meßgerätes, das nur einem einzigen, auf die Frequenz
der Sendewelle abzustimmenden Empfangskreise zugeordnet ist.
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In Abb. 2 ist eine der vielen möglichen erfindungsgemäßen Einrichtungen
schematisch veranschaulicht. Im Sender speist ein Hochfrequenzgenerator G, beispielsweise
ein Röhrensender, einen Schwingungskreis, dessen Induktivität mit L und dessen Kapazität
mit C bezeichnet
ist. Diese Kapazität ist veränderlich und wird
unter Vermittlung eines als Zeiger veranschaulichten Stellorganes durch die drehbeweglichen
Platten eines Kondensators herkömmlicher Bauart eingestellt. Man kann die durch
den Schwingungskreis erzeugte Welle unmittelbar der Empfangsstation zuführen, sei
es durch Vermittlung einer Hochfrequenzleitung H oder auf drahtlosem Wege, oder
man kann durch den erwähnten Schwingungskreis eine sonst in der Senderanlage erzeugte
Trägerwelle modulieren und diese modulierte Trägerwelle wie jede andere nichtmodulierte
Trägerwelle der Empfangsstation übermitteln; in diesem Falle ist die Modulationsfrequenz
eindeutig bestimmt.
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In der Empfangsstation sind zwei um einen stets gleichbleibenden Betrag
gegeneinander verstimmte und in bezug auf -ihre Frequenz durch ein einziges Stellorgan
gleichartig regelbare Schwingungskreise I und II vorhanden. Trifft man die
Anordnung in Anlehnung an die Ausführung in der Sendestation, so hat jeder der gleichartigen
beiden Schwingungskreise I und II die unveränderliche Induktivität L
und den
gleichen Dämpfungswiderstand R, dagegen hat der Kreis I die Kapazität Cl,
der Kreis II die Kapazität C11, und die Anordnung ist so getroffen, daß die Differenz
in der Einstellung der beiden Kondensatoren Cl und CII stets konstant ist. Beide
Kondensatoren werden gleichzeitig um gleiche Beträge verstellt; die Kondensatorenachsen
sind bei W miteinander gekuppelt.
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Mit den beiden Empfangskreisen I und II ist eine Anzeigevorrichtung
verbunden, die zwei gegeneinandergeschaltete wirkungsgleiche Stromkreise enthält,
die mit AI und All bezeichnet sind. AI führt den Strom des Schwingungskreises
I und AII den des Schwingungskreises II ; beide Stromstärken ändern
sich gleichzeitig durch eine Verdrehung der bei W miteinander gekuppelten Kondensatorachsen.
Läßt sich durch eine Verdrehung der Kondensatorachsen die Resonanzeinstellung durchschreiten,
so läßt sich stets die vorerwähnte symmetrische Einstellung in bezug auf die Resonanzlage
finden, und in diesem Falle geht der bewegliche Teil der Anzeigevorrichtung in seine
Nullstellung.
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Die Anzeigevorrichtung kann, wie dies Abb.3 veranschaulicht, ein Differential-Hitzdrahtstrommesser
sein. Im Stromkreis I liegt beispielsweise der Hitzdraht x, im Schwingungskreis
II der Hitzdraht 2. Die Spanndrähte 3 und g bzw. 4 und 6 werden nicht durch besondere
Federn gespannt, sondern ihre Enden sind über Rollen an einen Waagebalken 7 geführt,
dessen Schneide der Wirkung einer Feder 8 unterliegt, die gleichzeitig beide Drahtsysteme
spannt. Solange die symmetrische Stellung nicht erreicht ist, schlagen die beweglichen
Arme der Differentialstrommesser nach der einen oder anderen Seite aus, und sie
geben durch die Richtung des Ausschlages an, nach welcher Richtung hin man die Werte
der Kapazitäten Cl bzw. C11 zu verändern hat, um in die symmetrische Einstellung
zu gelangen.
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Statt eines Hitzdrahtinstrumentes kann man auch einen Differential-Drehspulstrommesser
mit Thermoelementen oder -vor den Wicklungen geschalteten Gleichrichtern, beispielsweise
Detektoren, verwenden; ein solches Dreh-, spulinstrument ist schematisch in Abb.
4 veranschaulicht. Ein drehbeweglicher Rahmen C trägt zwei gegeneinander geschaltete
wirkungsgleiche Wicklungen; die eine Wicklung ist dem Schwingungskreise I, die andere
dem Schwingungskreise II zugeordnet. Ein beweglicher, mit einem Rahmen zo fest verbundener
Arm r= wird durch Federn 12 und 13 gespannt, und er nimmt seine Nullstellung bei
Stromlosigkeit und bei gleichen Werten der gleichgerichteten Ströme in den beiden
Wicklungen ein.
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Gemäß der Erfindung werden die beschriebenen Einrichtungen dadurch
zu selbsttätigen Vorrichtungen gemacht, daß der Differentialstrommesser Relaiskontakte
eines Ortskreises erhält, die in der Nullstellung offen sind und zur Steuerung einer
elektromechanischen Vorrichtung dienen. Eine solche Vorrichtung ist in Abb. 4. durch
den Anker M eines Gleichstrommotors angedeutet, von dessen Welle über ein Schneckengetriebe
F die Verstellung des Zeigers S, und beider bei W gekuppelter Kondensatoren Cl und
CII erfolgt. Der Anker M läuft so lange um, bis der Zeiger S2 des Differentialstrommessers
die gezeichnete Ruhelage einnimmt; dann zeigt der Zeiger die dem Zeiger S1 im Sender
entsprechende Stellung (S,) und damit den Wirkwert C des Kondensators C im Sendekreis
an. Auf diese Weise läßt sich erreichen, daß die Drehung der bei W gekuppelten Kondensatorachsen
im Empfänger stets allen Drehungen der zum Kondensator C des Sendekreises gehörigen
Achse folgt. Alle Änderungen der Einstellung dieser Achse werden selbsttätig im
Empfänger nachgeholt, und durch die Wahl der Bestimmungsgrößen der verwendeten Schwingungskreise
läßt sich innerhalb weiter Grenzen ein beliebiges Übersetzungsverhältnis erzielen.
Eine solche Einrichtung kann insbesondere als selbsttätiger Wellenmesser benutzt
werden.
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Diese Einrichtung kann erfindungsgemäß auch für Fernlenkzwecke benutzt
werden. Zu diesem Zweck ist der Motor M (Abb. 4) beispielsweise durch ein Schneckengetriebe
mit der aus der Ferne zu lenkenden Vorrichtung K, diese wiederum durch Übertragungsmittel
mit der den -beiden Empfängerkondensatoren C. i
und Cii und dem
Empfangszeiger S2 gemeinsamen Welle W gekuppelt; dadurch wird erreicht, daß jetzt
jeder am Senderkondensator C vorgenommenen Drehung sowohl die Drehung der bei W
gekuppelten Kondensatorenachse mit dem Zeiger S, im Empfänger, als auch eine Drehung
der aus der Ferne zu lenkenden Vorrichtung K folgt. In diesem Falle ist die Senderskala
des Zeigers S1 auf entsprechende Stellungen der Vorrichtung K geeicht.
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Schließlich läßt sich auch der Sender auf die am Empfangsapparat als
Wellenmesser eingestellte Welle regeln. Zu diesem Zweck ist der durch den Differentialstrommesser
gesteuerte Motor M, wie es Abb. 3 schematisch zeigt, durch geeignete Übertragungsmittel,
z. B. ein Schneckengetriebe, mit der Achse des Senderkondensators C verbunden. Solange
nun die Senderfrequenz mit der am Empfangsapparat als Wellenmesser eingestellten
Frequenz übereinstimmt, nimmt der Differentialstrommesser die Nullstellung ein,
und der Motor M steht still. Bei jeder Abweichung der Senderfrequenz schlägt jedoch
der Differentialstrommesser entsprechend aus, der Motor M wird in der dem jeweiligen
Ausschlag zugeordneten Richtung in Gang gesetzt und dadurch der Senderkondensator
C so lange nachgestellt, bis die Senderfrequenz die am Empfänger als Wellenmesser
eingestellte Frequenz wieder erreicht hat.
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Man kann die Einrichtung auch in eine Einrichtung für Grobeinstellung
und in eine zweite für Feineinstellung unterteilen. An Stelle von Drehkondensatoren
können auch feste Kondensatoren Verwendung finden, wenn die Einstellorgane etwa
mit veränderlichen Induktivitäten, beispielsweise mit Variatoren, verbunden werden.
Auch kann man der Anzeigevorrichtung Kontakte einfügen, durch deren Schließen oder
Öffnen optische oder akustische Signale gegeben werden.