DE614047C

DE614047C - Method for frequency control of electrical vibrations

Info

Publication number: DE614047C
Application number: DEG84241D
Authority: DE
Original assignee: JOHANNES GRUETZMACHER DR ING
Current assignee: JOHANNES GRUETZMACHER DR ING
Priority date: 1932-12-07
Filing date: 1932-12-07
Publication date: 1935-05-31

Description

Verfahren zur Frequenzkontrolle elektrischer Schwingungen Zum Zwecke der Kontrolle drahtloser Schwingungen in bezug auf deren Frequenz werden bekanntlich .die sogenannten Leuchtkristalle von Giebe und Scheibe verwendet. Dies sind piezoelektrische Kristalle (z. B. Quarz oder Turmalin), welche im Resonanzfall das sie umgebende Gas bei geringem Gasdruck (etwa 2 min Hg) zum Leuchten bringen. Diese Leuchtkristalle können erfahrungsgemäß bei einer Überlastung Schaden nehmen, indem sich auf dem Kristall ein Niederschlag bildet. Abgesehen von der Notwendigkeit der Verdunkelung des umgebenden Raumes beim Arbeiten mit diesen Resonatoren ist die Beobachtung des Leuchteffektes etwas verhältnismäßig Ungewohntes. Schließlich ist .die Halterung der Leuchtkristalle mit Rücksicht auf das Auftreten und Beobachten der Leuchterscheinung derartig, daß eine Konstanz .des Resonators für alle Zeiten nicht in allen Fällen schon aus diesem Grunde gewährleistet ist.Method for frequency control of electrical vibrations For the purpose the control of wireless vibrations with respect to their frequency are known .the so-called luminous crystals of gears and washers are used. These are piezoelectric Crystals (e.g. quartz or tourmaline), which in the case of resonance the surrounding them Make the gas glow at low gas pressure (approx. 2 min Hg). These luminous crystals experience has shown that overloading can damage the Crystal forms a precipitate. Apart from the need for blackout of the surrounding space when working with these resonators is the observation of the Light effects something relatively unusual. Finally. The bracket of the luminous crystals with regard to the occurrence and observation of the luminous phenomenon such that a constancy of the resonator for all times, not in all cases for this reason alone is guaranteed.

Andere Möglichkeiten der Wellenkontrolle hat M.e i ß n e r angegeben (Elektrische Nachrichtentechnik, 1926, Heft ii S. qoi ff.). Aber alle diese Fälle enthalten irgendwie einen wesentlichen Teil, der der Abnutzung unterworfen ist und/oder erheblichen Aufwand erfordert; schließlich tritt wieder in manchen Fällen die Unbequemlichkeit bei der Beobachtung auf.M.e i ß n e r has indicated other options for wave control (Electrical communications engineering, 1926, issue ii pp. Qoi ff.). But all of these cases somehow contain an essential part that is subject to wear and / or requires considerable effort; finally, in some cases, the inconvenience reappears when observing.

Alle diese Nachteile vermeidet die vorliegende Erfindung und -bringt obendrein noch Vorteile mit sich. An Hand der Abbildung, die eine beispielsweise Ausführungsform darstellt, ist die Arbeitsweise des neuen Kristallresonators beschrieben.The present invention avoids and brings about all of these disadvantages on top of that there are advantages with it. On the basis of the illustration, one example Embodiment represents, the operation of the new crystal resonator is described.

Der Kristall O wird durch die Elektroden a und b gehalten und erregt. In vielen Fällen ist die Trennung der Halterung und der Erregungselektroden angezeigt. In Reihenschaltung folgt die Kapazität d c und die Induktivität L.The crystal O is held and excited by the electrodes a and b. In many cases the separation of the support and the excitation electrodes is indicated. In series connection follows the capacitance d c and the inductance L.

Wird in .der Spule L eine Wechselspannung irgendeiner Frequenz, jedenfalls nicht der Kristalleigenfrequenz induziert, so wirkt an den Platten c d die Spannung, die sich unter Berücksichtigung der in Reihe _und parallel geschalteten Widerstände des Stromkreises errechnet. Wird jedoch die Frequenz der induzierten Wechselspannung gleich der Eigenfrequenz des Kristalls gemacht, so gerät :der Kristall in bekannter Weise in Resonanzschwingung. In diesem Fall wirkt der Kristall wie ein reiner Widerstand. Im Fall der Kristall :den einen Extremwert .des Widerstandes annimmt, erhöht sich die Spannung an c d. Hierdurch üben die Platten c d eine erhebliche Anziehungskraft aufeinander aus. Eine :der beiden Platten, z. B. d, ist beweglich angeordnet. Die Bewegung dieser Platte wird durch eine Übersetzung auf einen Zeiger z übertragen. Diese Übersetzung ist der Deutlichkeit halber nicht gezeichnet. Sie kann wie bei einem Hitzdrahtinstrument oder in irgendeiner an sich bekannten Weise ausgeführt werden. Die Annäherung .der Platten c und d be-e deutet nun aber eine engere Kopplung -des Kristalls mit L. Hierdurch würde der Kristall verstimmt; es ist aber parallel zu der Kapazität c d der Kondensator e f geschaltet, der so,groß gewählt wird, daß dieKapazitätsänderung c d prozentual klein gegen die. Größe von e f ist. In diesem Fall bleibt die Ankopplung und also die Erregung des Kristalls während des Meßvorgangs konstant. Da das Leiterstück zwischen a und b bzw. f isoliert ist, würde es sich gegebenenfalls durch Restladungen des Kristalls auf ein undefiniertes Potential aufladen. Dadurch würde eine Störung bewirkt. Das genannte Leiterstück ist daher durch einen Hochohmwiderstand mit e (wie gezeichnet) oder b verbunden.If an alternating voltage of any frequency, at least not the natural frequency of the crystal, is induced in the coil L, the voltage acts on the plates cd, which is calculated taking into account the resistances of the circuit connected in series and in parallel. If, however, the frequency of the induced alternating voltage is made equal to the natural frequency of the crystal, then: the crystal starts to vibrate in a known manner. In this case the crystal acts like a pure resistor. In the case of the crystal: which assumes an extreme value of the resistance, the voltage at c d increases. As a result, the disks cd exert a considerable force of attraction on one another. One: of the two plates, e.g. B. d, is movably arranged. The movement of this plate is transmitted to a pointer z by a translation. This translation is not shown for the sake of clarity. It can be carried out as with a hot wire instrument or in any manner known per se. The approach of the plates c and d now means a closer coupling between the crystal and L. This would detun the crystal; but the capacitor ef is connected in parallel to the capacitance cd and is selected to be so large that the change in capacitance cd is small in percentage compared to the. Size of ef is. In this case, the coupling and thus the excitation of the crystal remains constant during the measurement process. Since the conductor piece is insulated between a and b or f , it would possibly be charged to an undefined potential due to residual charges in the crystal. This would cause a disturbance. The said conductor section is therefore connected to e (as shown) or b through a high-resistance resistor.

Der Kristall O selbst wird für sich in einem Gehäuse G untergebracht, evtl. zur Dämpfungsverminderung und um die Umgebung absolut konstant zu halten, im Hochvakuum.The crystal O itself is housed in a housing G, possibly to reduce attenuation and to keep the environment absolutely constant, in a high vacuum.

Dieser Grundgedanke der Erfindung kann nun auch in anderer Schaltungsweise verwirklicht werden.This basic concept of the invention can now also be used in a different manner be realized.

So kann der Kondensator c d mit den daran hängenden Teilen auch parallel zum Kristall geschaltet werden. In diesem Fall wird der Ableitungswiderstand W überflüssig.In this way, the capacitor cd with the parts attached to it can also be connected in parallel to the crystal. In this case, the leakage resistance W becomes unnecessary.

Damit der Zeiger Z für eine gewisse Spannung an c d eine definierte Stellung einnimmt, muß :die Bewegung der Platte d, die, wie gesagt, unter Vermittlung der (nicht gezeichneten) Übersetzung den Zeiger Z bewegt, durch eine Gegenkraft gehemmt werden. Diese Gegenkraft wird durch eine oder mehrere Federn oder die Schwerkraft oder elektrisch oder durch eine Kombination dieser Möglichkeiten hergestellt. Die Gegenkraft muß für alle Zeigerstellungen, d. h. für alle Lagen der Platte d, mindestens gleich (oder größer) der bei denselben Lagen bestehenden Anziehung der Platten c d sein, damit stabiles Gleichgewicht eintritt. Das Gewicht der beweglichen Platte d kann zur Herstellung definierter Verhältnisse durch ein Gegengewicht kompensiert werden.So that the pointer Z assumes a defined position for a certain voltage at cd , the movement of the plate d, which, as said, moves the pointer Z by means of the translation (not shown), must be inhibited by a counterforce. This counterforce is produced by one or more springs or by gravity or electrically or by a combination of these possibilities. For all pointer positions, ie for all layers of the plate d, the counterforce must be at least equal to (or greater) the attraction of the plates c d in the same layers, so that a stable equilibrium occurs. The weight of the movable plate d can be compensated for by a counterweight to produce defined conditions.

Eine andere Anwendungsmöglichkeit der vorliegenden Erfindung ist gegeben, wenn durch Parallelschaltung eines Kondensators zu dem Kristall die statische Kapazität des Kristalls künstlich vergrößert wird. Dies ist u. U. schon bei der oben beschriebenen Parallelschaltung von c d mit den elektrisch hiermit zusammengeschalteten Teilen an a b der Fall. In diesem Fall wird der Zeiger bereits bei nicht schwingendem Kristall einen Ausschlag .anzeigen. Bei Kristallresonanz wird dieser Ausschlag zurückgehen, wenn der Kristall den einen Extremwert des Widerstandes annimmt. Im Fall maximaler Kristallresonanz wird der Ausschlag des Zeigers also am kleinsten sein. Auch in dieser Anordnung läßt sich die Empfindlichkeit des Resonators ändern durch Wahl der Widerstände der Elemente des Kreises. Besondere Verhältnisse treten auf, im Falle, daß L und die parallel geschalteten Kapazitäten gerade einen auf die Kristallwelle abgestimmten Schwingungskreis bilden.Another possible application of the present invention is given when the static capacitance of the crystal is artificially increased by connecting a capacitor in parallel with the crystal. Under certain circumstances, this is already the case with the above-described parallel connection of cd with the electrically interconnected parts an ab. In this case the pointer will show a deflection even if the crystal is not vibrating. In the case of crystal resonance, this deflection will decrease when the crystal assumes one extreme value of the resistance. In the case of maximum crystal resonance, the deflection of the pointer will therefore be the smallest. In this arrangement, too, the sensitivity of the resonator can be changed by choosing the resistances of the elements of the circuit. Special conditions arise in the event that L and the capacitances connected in parallel are just forming an oscillation circuit that is tuned to the crystal wave.

Schließlich sei hier noch die Möglichkeit angegeben, daß der Kristall in einer an sich bekannten Kompensationsschaltung verwendet wird. Hierbei wird die Wirkung der statischen Kristallkapazität an c und d aufgehoben, und es kommt allein die vom Kristall im dynamischen Fall herrührende Spannung an c und d zur Wirkung.Finally, the possibility that the crystal is used in a known compensation circuit. Here the The effect of the static crystal capacity at c and d is canceled, and it comes out alone the stress at c and d resulting from the crystal in the dynamic case to the effect.

Da die Kraft an den Platten c und d dem Quadrat , der anliegenden Spannung proportional ist' (der Abstand von c und d wird bei genügend kleinen Bewegungen als konstant angesehen), so gibt der Zeigerausschlag bei dem Hindurchgehen durch die Kristallresonanz die Ordinaten der Kristallresonanzkurve wieder. Bei bekannter Dämpfung des Kristalls und bei bestimmtem Kopplungsgrad des Resonators mit dem Sender kann man also die Skala des Resonators in Hertz eichen. Dies ist ein besonderer Vorzug des vorliegenden Resonators, besonders bei der Kontrolle eines Senders. Liegt die Sollfrequenz des Senders auf dem einen Ast der Resonanzkurve des Resonators, so läßt sich jede Abweichung des Senders von seiner Sollfrequenz direkt in Hertz ablesen. Der Kopplungsgrad des Resonators mit .dem Sender, von dem oben die Rede war, ist definiert durch einen bestimmten Maximalausschlag des Resonators.Since the force on plates c and d is the square of the adjacent Voltage is proportional '(the distance between c and d becomes with sufficiently small movements viewed as constant), the pointer deflects as you go through it the crystal resonance is the ordinates of the crystal resonance curve. When known Attenuation of the crystal and with a certain degree of coupling of the resonator with the transmitter the scale of the resonator can therefore be calibrated in Hertz. This is a special one Advantage of the present resonator, especially when controlling a transmitter. Lies the nominal frequency of the transmitter on one branch of the resonance curve of the resonator, every deviation of the transmitter from its nominal frequency can be shown directly in Hertz read off. The degree of coupling of the resonator with the transmitter mentioned above is defined by a certain maximum deflection of the resonator.

Schließlich läßt sich die vorliegende An-' ordnung noch in der Weise ausgestalten, daß außer oder neben der Zeigerbewegung durch die Platte d eine Kontaktbetätigung zu Relaiszwecken bewirkt wird oder eine Bewegung oder Bewegungsänderung von Massen (auch allgemein für die Zwecke der Fernbewegung) .Finally, the present arrangement can also be used in this way configure that apart from or in addition to the pointer movement through the plate d a contact actuation for relay purposes is effected or a movement or change in movement of masses (also generally for the purposes of long-distance movement).

Allgemein ist zu sagen, daß elektrisch und mechanisch eine Impedanzangleichung aller Teile angestrebt werden muß. Die Bewegung des Zeigers muß richtig gedämpft werden. Ferner ist sinngemäß eine mechanische oder elektrische Vorspannung am Platze. Selbstverständlich können mehrere Kristalle in einem Resonator verwendet werden. Ferner können die Kristalle leicht auswechselbar angeordnet werden. Bei einer Überlastung oder falschen Behandlung des Resonators wird kaum je der wertvolle Kristall selbst Schaden nehmen. An allen Stellen der 'Anordnung kann eine induktive Kopplung durch eine geeignete kapazitive oder galvanische mit den von Fall zu Fall damit verbundenen Vorteilen ersetzt werden.In general it can be said that electrical and mechanical impedance matching of all parts must be sought. The movement of the pointer must be properly damped will. Furthermore, a mechanical or electrical preload is in place. Of course, several crystals can be used in one resonator. Furthermore, the crystals can be arranged to be easily exchangeable. In the event of an overload or wrong treatment of the resonator is hardly ever the valuable crystal itself Get damaged. At all points of the 'arrangement can be an inductive Coupling by a suitable capacitive or galvanic with the case by case associated benefits are replaced.

Claims

PATENT CLAIM: r. Procedure for frequency control of electrical Vibrations, characterized in that for this purpose a piezoelectric Crystal with a direct display designed for this purpose, for voltage measurement suitable organ (e.g. multicellular voltmeter or static instrument) and a known coupling element is brought into connection.

2. Facility for Execution of the method according to claim r, characterized in that means are used will; the effect of the change in capacitance of the voltmeter during the measuring process to render harmless (e.g. by connecting a capacitor in parallel, by loosely Coupling or compensation). -3.

Device for performing the method according to claim r and 2, characterized in that the scale of the instrument is calibrated in Hertz will. q ..

Device for performing the method according to claims r to 3, characterized characterized in that the crystal in a known compensation circuit is used to eliminate the effect of its static capacity in the arrangement.

5. Device for performing the method according to claim z to q., Characterized in that that the known means for electrical and; or mechanical impedance matching as well as for electrical and / or mechanical prestressing as well as for electrical andfor mechanical coupling and damping are used.