DE722696C

DE722696C - Arrangement for the analysis of frequency mixtures by means of mechanical resonators

Info

Publication number: DE722696C
Application number: DEA88122D
Authority: DE
Inventors: Dipl-Ing Ott-Heinrich Blaum
Original assignee: AEG AG
Current assignee: AEG AG
Priority date: 1938-09-14
Filing date: 1938-09-14
Publication date: 1942-07-17

Description

Anordnung zur Analyse von Frequenzgemischen mittels mechanischer Resonatoren Die Analyse eines Frequenzgemisches kann bekanntlich auf rein elektrischem Wege oder mittels elektrisch angeregter, mechanischer Resonatoren erfolgen,.Arrangement for the analysis of frequency mixtures by means of mechanical resonators It is well known that the analysis of a frequency mixture can be carried out purely electrically or by means of electrically excited mechanical resonators.

Letzterer Weg ist fiir bestimmte Fälle, bei spielsweise für eine nach Amplitude und Frequenz möglichst genaue Analysierung ,eines Gemisches von in einem bestimmten Frequenzbereich (z. B. 200 bis 300 Hz) beieinanderliegenden Teilfrequenzen der zweckmäßigere, weil er einen wesentlich geringeren Aufwand an ELementen erfordert als der erwähnte rein elektrische Weg, bei dem die Teilfrequenzen durch elektrische Resonanzkreise ausgesiebt werden, die in dem vorgenannten Falle eine sehr große, mit erträglichem Aufwand nicht erzielbare Resonanzschärfe aufweisen müssen. The latter way is for certain cases, for example for one Analysis of a mixture of in a certain frequency range (e.g. 200 to 300 Hz) adjacent partial frequencies the more expedient because it requires a significantly lower expenditure of elements than the mentioned purely electrical way, in which the partial frequencies by electrical Resonance circles are screened out, which in the aforementioned case a very large, must have resonance sharpness that cannot be achieved with tolerable effort.

Es ist bekannt, die mechanischen Resonatoren, die beispielsweise in Form von quer schwingenden Stahlzungen oder längs schwinwenden Stäuben ausgebildet sein können, gemeinsam durch eine Spule bzw. getrennt durch mehrere Spulen elektrisch anzuregen, die von dem das Frequenzgemisch enthaltenden Strom durchflossen wird bzw. werden. Die Anzeige des Resonatorausschlages kann dabei optisch oder elektrisch erfolgen. It is known the mechanical resonators, for example in the form of transversely oscillating steel tongues or longitudinally oscillating dusts can be electrically together by a coil or separately by several coils to stimulate, which is traversed by the current containing the frequency mixture or become. The display of the resonator deflection can be optical or electrical take place.

Bei den bisher bekannten Ausführungsformen mechanischer Resonatoren, bei denen man, um an Aufwand, Raum und Anregeleistung zu sparen, alle Resonatoren dicht nebeneinander auf einem gemeinsamen Anregesystem anordnet und gleichzeitig anregt (z. B. beim Zungenfrequenzmesser), ergibt sich als Nachteil, daß die entsprechend ebenfalls dicht nebeneinanderliegenden Abtasteinrichtungen, z. B. Spulen der Resonatoren, nicht genügend entkoppelt werden können, was aber die Voraussetzung für eine gute Frequenzanalyse darstellt. Ferner ist es ein Nachteil der bisher bekannten mechanischen Resonatoren, daß bei ihnen die Abhängigkeit der Resonatorscllwingungsamplitude von der Amplitude des Erregerwechselstromes nicht genügend linear ist, wie dies für eine einwandfreie Analyse nach Frequenz und Amplitude erforderlich ist. In the previously known embodiments of mechanical resonators, in which all resonators are used in order to save effort, space and control power arranged close to each other on a common excitation system and at the same time stimulates (z. B. with the reed frequency meter), the disadvantage arises that the corresponding also closely spaced scanning devices such. B. Coils of the resonators, cannot be sufficiently decoupled, which is a prerequisite for good Represents frequency analysis. It is also a disadvantage of the previously known mechanical ones Resonators that they have a dependency the resonator vibration amplitude of the amplitude of the alternating excitation current is not sufficiently linear as this is necessary for a proper analysis of frequency and amplitude.

Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur Analyse von Frequenzgemischen mittels mechanisch,er Resonatoren, welche die vorgenannten Nachteile vermeidet. The invention relates to an arrangement for analyzing frequency mixtures by means of mechanical, he resonators, which avoids the aforementioned disadvantages.

Erfindungsgemäß sind die mechanischen Resonatoren innerhalb zweier zur Achse eines gemeinsamen, zylindrischen Erregersystems senkrechte Ebenen derart radial angeordnet, daß der mittlere Ort für mindestens die auf einer Seite vorhandenen Befestigungsstellen der Resonatoren ein innerer Kreisbogen, für die Abtasteinrichtungen dagegen ein äußerer Kreisbogen um die Erregersystemachse ist. According to the invention, the mechanical resonators are within two planes perpendicular to the axis of a common, cylindrical excitation system in this way arranged radially that the middle location for at least those present on one side Attachment points of the resonators an inner circular arc for the scanning devices on the other hand is an outer circular arc around the excitation system axis.

Dabei ist das in bekannter Weise mit einer Gleichstromvormagnetisierung versehene Erregersystem gleichzeitig derart symmetrisch zur mittleren Ebene der mechanischen Rqesonatoren ausgebildet, daß sich auf der einen Seite der mittleren Resonatorebene die vom Vormagnetisierungsgleichstrom bzw. dem Erregerwechselstrom hervorgerufenen Magnetflüsse addieren, auf der anderen Seite subtrahieren.This is done in a known manner with direct current bias provided excitation system at the same time so symmetrical to the middle plane of the mechanical resonators that are on one side of the middle Resonator level that of the direct current biasing current or the alternating excitation current add the generated magnetic fluxes, subtract them on the other side.

Es ist zwar bereits eine Fernübertragungszwecken dienende Einrichtung bekannt, bei der mehrere mechanische Resonatoren kreisförmig und radial um die Erregersystemachse angeordnet sind. Da hierbei jedoch die Resonatoren als zweiarmige, in der Mitte befestigte Zungen ausgebildet sind und der Anstoß dieser Zungen gerade an den inneren, dicht zusammenliegenden Enden erfolgt, könneu sich diese und damit auch die Anstoß-bzw. Abtasteinrichtungen trotz der radialen Anordnung sehr leicht gegenseitig beleinflussen. While it is already a remote transmission facility known, in which several mechanical resonators circular and radial around the excitation system axis are arranged. Since here, however, the resonators as two-armed, in the middle fixed tongues are formed and the impact of these tongues just on the inner, takes place closely together ends, these and thus also the abutment or. In spite of the radial arrangement, scanning devices can very easily interfere with one another.

Es ist ferner eine ,ebenfalls Fernübertragungszwecken dienende Anordnung von mechanischen Resonatoren bekannt, bei der diese nicht radial, d.h. senkrecht zur Erregersystemachse, angeordnet sind, sonden parallel zu dieser auf einem konzentrischen Kreis liegen. Eine wirksame Entkopplung der Abtasteinrichtungen im Falle einer größeren Zahl von Resonatoren ist bei dieser bekannten Anordnung nur erzielbar, wenn der ganze Erregermagnetkern entsprechend groß gehalten wird. Es ist insbesondere aber bei der bekannten Anordnung nicht wie wie blei der Anordnung nach der Erfindung - möglich, bei gegebener Größe des Erregersystems emfach durch entsprechende Wahl der Länge der Resonatoren den jeweils gewünschten Entkopplungsgrad zu erhalten. It is also an arrangement which is also used for remote transmission purposes known from mechanical resonators, in which these are not radial, i.e. perpendicular to the excitation system axis, are arranged, probes parallel to this on a concentric Lie in a circle. An effective decoupling of the scanning devices in the case of a larger one Number of resonators can only be achieved in this known arrangement if the whole excitation magnet core is kept correspondingly large. It is particular though in the known arrangement not like how lead the arrangement according to the invention - possible, with a given size of the excitation system simply by choosing accordingly the length of the resonators to obtain the desired degree of decoupling.

Bei der Anordnung nach der Erfindung können die Resonatoren leicht mit einer so geringen Dämpfung hergestellt werden, daß beispielsweise bei 200 Hz die Halbwertsbreite der Resonanzkurven kleiner als 1% ist, so daß sich eine sehr feine Unterteilung des zu untersuchenden Frequenzspektrums erreichen läßt. In the arrangement according to the invention, the resonators can easily can be produced with such a low damping that, for example, at 200 Hz the half-width of the resonance curves is less than 1%, so that a very fine subdivision of the frequency spectrum to be examined can be achieved.

Die Erfindung ist im folgenden an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispieles näher erläutert. The invention is illustrated below with reference to one in the drawing Embodiment explained in more detail.

In der Abbildung bezeichnet 1 einen der in Form einseitig eingespannter Stahlzungen ausgebildeten mechanischen Resonatoren, die zwischen zwei zur Achse eines gemeinsamen zylindrischen Erregersystems senkrechten Ebenen strahlenförmig (radial) angeordnet sind. Die Resonatoren sind dabei zwischen den beiden zur mittleren Resonatorebene svmmetrisch liegenden, topfförmig ausgebildeten und irgendwie miteinander verbundenen Hälf ten 3a und 3b des Weicheisenkerns des Erregersystems eingesetzt und befestigt. Die Befestigungsstellen ligen dabei auf einem inneren Kreisbogen um die Erregersystemachse, während die Befestigungsstelle der an den äußeren Enden der Stahlzungen angeordneten, nicht dargestellten Abtasteinrichtungen auf einem äußeren Kreisbogen um die Erregersystemachse liegen. In the figure, 1 denotes one of the cantilevered ones Steel tongues formed mechanical resonators, which between two to the axis of a common cylindrical excitation system, perpendicular planes radiate out are arranged (radially). The resonators are between the two to the middle one Resonator level symmetrically lying, cup-shaped and somehow interconnected connected halves 3a and 3b of the soft iron core of the excitation system are used and attached. The fastening points lie on an inner circular arc around the excitation system axis, while the attachment point is on the outer ends the steel tongues arranged, not shown scanning devices on a outer circular arc around the excitation system axis.

Von den auf dem Kern aufgebrachten Wicklungen werden die beiden Wicklungen 5a und 5b mit Gleichstrom gespeist; sie bewirken durch die Erzeugung eines konstanten Magnetflusses # eine Gleichstromvormagnetisierung. Die Wicklungen 4a und 4b werden von dem zu analysierenden Wechselstrom durchflossen, und zwar in verschiedenem Richtungssinne, derart, daß beispielsweise die Wicklung 4a den Wechselmagnetfluß -# und die Wicklung 4b den Wechselmagnetfluß -# erzeugt. Dadurch wird erreicht, daß sich, wie die Abbildung erkennen läßt, auf der einen (linken) Seite der Resonatoren die Flüsse # und # addieren, während sie sich auf der anderen Seite subtrahieren. Es ergibt sich somit als auf die Zungen wirksame Kraft p = = c(#2+2##+#2-#2+2##-#2), P = c#4####. From the windings applied to the core, the two windings become 5a and 5b fed with direct current; they effect by generating a constant Magnetic flux # a direct current bias. The windings 4a and 4b are traversed by the alternating current to be analyzed, in different sense of direction, such that, for example, the winding 4a has the alternating magnetic flux - # and the winding 4b generates the alternating magnetic flux - #. This ensures that, like the figure can be seen, on the one (left) side of the resonators add the flows # and #, while on the other hand they subtract. It thus turns out to be on the tongues effective force p = = c (# 2 + 2 ## + # 2- # 2 + 2 ## - # 2), P = c # 4 ####.

Es besteht also zwischen P und #, d.h. zwischen der Resonatorschwingungsamplitude und der Erregerstromamplitude, ein streng linearer Zusammenhang. So there is between P and #, i.e. between the resonator oscillation amplitude and the excitation current amplitude, a strictly linear relationship.

Die in der Abbildung dargestellte Anordnung kann im Rahmen der Erfindung noch Abwandlungen erfahren. So kann an Stelle des Weicheisenkernes mit den Wicklungen 5a und 5b ein Dauermagnet Verwendung finden. The arrangement shown in the figure can within the scope of the invention still experience modifications. So instead of the soft iron core with the windings 5a and 5b find a permanent magnet use.

Außerdem kann der Magnetfluß anders als in der Abbildung dargestellt gewählt werden, indem beispielsweise die Wicklungen 4 und 5 miteinander vertauscht werden. An Stelle von Stahlzungen können selbstverständlich auch andere mechanische Resonatoren gewählt werden, beispielsweise Federstäbe mit Endmasse. Ferner können auch von den Resonatoren jeweils zwei oder mehrere Resonatoren, die etwas gegeneinander verstimmt sind, einer gemeinsamen Abtasteinrichtung zugeordnet werden, so daß eine Bandfilterwirkung entsteht. Die Resonatoren, beispielsweise Stahlseiten, können schließlich auch an zwei Enden eingespannt stein, wobei die äußeren Einspannstellen auf einem äußeren Kreis um die Erregersystemachse liegen.In addition, the magnetic flux may differ from what is shown in the figure be chosen by, for example, the windings 4 and 5 together be swapped. Instead of steel tongues, others can of course also be used mechanical resonators are selected, for example spring bars with end mass. Furthermore, two or more resonators, the are somewhat out of tune with one another, assigned to a common scanning device so that a band filter effect arises. The resonators, for example Steel sides, finally, can also stone clamped at two ends, with the outer clamping points lie on an outer circle around the excitation system axis.

Die Abtasteinrichtungen, z. B. kleine Spulen oder bei elektrostatischer Abtastung die Gegenelektrode, bringt man zweckmäßig unmittelbar an den Stellen größten Ausschlages der Resonatoren an, im Falle der Abbildung also gegenüber dem Zungenende, damit möglichst große Amplituden induziert werden. Die Spulen können unter Umständen unmittelbar an dem Weicheisenkörper 3 angebracht werden, der dann einen Teil des Kraftlinienweges liefert. Für die Abtastung kann auch eine ähnliche symmetrische Spulen anordnung, wie sie in der Abbildung für die Erregung skizziert ist, benutzt werden. Man kann ferner durch geeignete Wahl der Anregestellen und der Abtaststellen an dem Resonator einen kleinsten Klirrfaktor einstellen. The scanning devices, e.g. B. small coils or electrostatic Scanning the counter-electrode, it is advisable to bring it directly to the largest points Deflection of the resonators, in the case of the illustration that is towards the end of the tongue, so that the largest possible amplitudes are induced. The coils may be attached directly to the soft iron body 3, which is then part of the The path of force supplies. A similar symmetrical one can also be used for scanning Coil arrangement, as outlined in the illustration for the excitation, is used will. It is also possible by suitable choice of the excitation points and the sampling points set the lowest distortion factor on the resonator.

Infolge der angegebenen radialen Verteilung der Resonatoren steht genügend Platz zur Verfügung, um die Abtasteinrichtung so anzubringen, daß die gegenseitige Entkopplung nicht zu lenden braucht. As a result of the specified radial distribution of the resonators enough space is available to mount the scanning device so that the mutual Decoupling does not need to be looming.

Claims

P A T E N T A N S P R Ü C H E: 1. Arrangement for the analysis of frequency mixtures by means of mechanical resonators, characterized in that the mechanical resonators within two perpendicular to the axis of a common cylindrical excitation system Planes are arranged radially so that the middle location for at least the on one side of the existing attachment points of the resonators an inner circular arc, for the scanning devices, on the other hand, an outer circular arc around the excitation system axis and that it is provided with a direct current bias in a known manner Excitation system so symmetrical to the middle plane of the mechanical resonators is designed that on one side 'of the middle resonator plane caused by the direct bias current or the alternating excitation current Magnetic fluxes add these, subtract on the other side.

2. Arrangement for the analysis of frequency mixtures according to claim 1 and 2, characterized in that instead of several individually excited, mechanical Resonators two or more resonators are arranged as sand filters to which a joint department is owned.

3. Arrangement for the analysis of frequency mixtures according to claim I to 3, characterized in that the mechanical resonators consist of two-sided clamped Steel strings are made.