DE851971C

DE851971C - Verfahren zur Anzeige von Amplitudenschwankungen einer Wechselspannung

Info

Publication number: DE851971C
Application number: DEB8692D
Authority: DE
Inventors: Kurt Dr Laemmchen
Original assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Current assignee: Blaupunkt Werke GmbH
Priority date: 1940-07-30
Filing date: 1940-07-30
Publication date: 1952-10-09

Description

Verfahren zur Anzeige von Amplitudenschwankungen einer Wechselspannung Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zur Anzeige der Amplitudenschwankungen einer Wechselspannung, deren Größe gleich oder kleiner als gleichzeitig vorhandene Störspannungen ist.
Es ist bekannt, Spannungsänderungen am Ausgang eines Empfängers zu irgendwelchen Anzeigen auszunutzen. Zum Beispiel ergibt sich die Aufgabe bei Strahlsperren, bei denen ein gebündelter Strahl zwischen Sender und Empfänger beim Durchgang von Personen oder beim Passieren sonstiger Gegenstände unterbrochen wird. Bei Anwendung von sehr kurzen Wellen als tSbertragungsmittel tritt beim Durchgang durch die Strahlungszone infolge Interferenzwirkung eine periodische Zu- und Ahnahme der .Nusgangsspannung auf, so daß die konstante Ausgangsspannung mit einer niedrigen Frequenz moduliert erscheint. Es ist bereits vorgeschlagen worden, die entstehende Modulation zur Anzeige auszunutzen, indem die Chertragungsspannung gleichgerichtet wird und die entstehende Wechselspannung eine Anzeigeeinrichtung betätigt. Die Anwendungsmöglichkeit dieses Verfahrens ist jedoch begrenzt, da die Empfindlichkeit des Gerätes nur so weit ausgenutzt werden kann, bis der Empfänger im Gebiet des Rauschens arbeitet. Bei der eben angeführten Gleichrichtung wird dann ebenfalls die Rauschspannung gleichgerichtet. Es ist dann nicht mehr möglich, Modulationsspannungen von Rauschspannung zu trennen, so daß die Anzeigeeinrichtung auch auf die Rauschspannung anspricht.
Die angeführte Schwierigkeit soll durch nachstehende Erfindung vermieden werden, so daß ein Empfänger mit wesentlich größerer Empfindlichkeit benutzt werden kann Erfindungsgemäß werden die Empfangsspannungen einem Instrument nach Art eines Wattmeters zugeführt und die infolge der Spannungsschwankungen auftretenden mechanischen Schwingungen des Gerätes zum Antrieb eines elektrischen Generators verwendet, der die Anzeige auslöst.
Es ist bereits vorgeschlagen worden, Empfängerausgangsspannungen, die im Gebiet der Störspannungen liegen, in einem Gerät nach Art eines Wattmeters zu messen. Bei diesem Verfahren wird einer der beiden Spulen des nach dem Dynamometerprinzip arbeitenden Meßgerätes eine feste Wechselspannung und der anderen die zu messende Wechselspannung vom Ausgang des Gerätes zugeführt. Die Störspannungen werden bei der Anzeige weitgehend eliminiert, so daß nach durchgeführten Versuchen Spannungen, die etwa hundertmal kleiner als die Störspannungen sind, von diesen noch einwandfrei getrennt werden können.
Das ganze Verfahren sowie die verschiedenen Ausführungsmöglichkeiten der Erfindung sollen an Hand der Abbildungen näher erläutert werden.
In Abb. I ist der zeitliche Verlauf der Spannungsschwankung am Empfängerausgang in Verbindung mit den darin enthaltenen Störspannungen aufgezeichnet; Abb. 2 stellt eine beispielsweise Ausführung einer Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens dar; Abb. 3, 4 und 5 zeigen Ausfüthrungsbeispiele des elektrischen Generators, der vom Anzeigeinstrument angetrieben wird; Abb. 6 zeigt eine Schaltung, die Änderungen in der gesamten elektrischen Anlage automatisch ausgleicht.
In Abb. I ist als Funktion der Zeit t die Ausgangswechselspannung in Kurve 2 aufgetragen, deren Umhüllende, dargestellt durch die gestrichelte Linie 3, die infolge der Interferenzwirkung in der Strahlsperre auftretende Modulation der Ausgangswechselspannung dargestellt. Nach der Gleichrichtung der Wechselspannung 2 entsteht eine Spannung, die der Umhüllenden entspricht und zur Anzeige benutzt wird. Neben diesen Nutzspannungen sind Spannungen mit sehr scharfen Spitzen eingezeichnet, die kurzzeitig auftretende Störungen darstellen und vorzugsweise vom Rauschen der Röhren herrühren. Ihren zeitlichen Verlauf geben die Kurvenzüge 4 wieder. Nach praktisch ausgeführten Untersuchungen können diese Spannungen ein Mehrfaches der Nutzspannungen betragen, so daß bei Anwendung eines normalen Gleichrichters nur Gleichspannungen entstehen, die proportional der Schwankung der Störspannung, nicht aber der Schwankung der Nutzspannungen sind. Eine Aussiebung der Nutzspannungsschwankungen ist nicht mehr möglich. Wird an Stelle des Gleichrichters ein Wattmeter am Ausgang des Empfängers angeschaltet, so werden die Störungen eliminiert. Der Ausschlag des Instrumentes ist proportional der Größe der Nutzwechselspannung. Treten nun Schwankungen in der Nutzwechselspannung auf, so beginnt der Zeiger des Instrumentes sich periodisch hin und her zu bewegen. Die mechanischen Schwingungen treiben einen elektrischen Generator an, der z. B. als Wechselstromgenerator ausgebildet ist.
Eine beispielsweise Ausführung einer Schaltung zeigt Abb. 2. In der gezeichneten Anlage ist 5 ein Ultrakurzwellengenerator, der seine Leistung über einen Strahler6 in Richtung der gestrichelt gezeichneten Linie 7 aussendet. Die elektrische Energie wird von der-Gegenseite von einer Richtantenne 8 aufgenommen und über eine Energieleitung g einem Empfänger Io zugeleitet.
Im Zuge der Energieleitung ist eine Modulation der unmodulierten Schwingung beispielsweise durch eine Glimmlampenanordnung 11 vorgesehen, die über einen Transformator I2 von einem Hilfsgenerator 13 gesteuert wird. Am Ausgang des Empfängers 10 entsteht nach der Gleichrichtung eine Frequenz, die gleich der von der Glimmlampe hervorgerufenenModulationsfrequenz ist. DieseAusgangsspannung wird im Ruhezustand der Anlage an einem Transformator 14 durch eine direkt vom Oszillator 13 herrührende Spannung kompensiert, so daß nur die Differenzspannung bei Amplitudenänderungen vom Transformator 14 der Spule 15 des Wattmeters I6 zugeführt wird. Die andere Spule I7 des Wattmeters erhält eine konstante Wechselspannung direkt von dem Oszillator I3 über den Transformator 12. Wird die Warnanlage z. B. infolge Durchganges einer Person zwischen den Strahlern 6 und 8 betätigt, so schwankt die am Trichter 8 einfallende Intensität periodisch und ergibt am Ausgang des Empfängers eine periodische Schwankung der Ausgangswechselspannung. Diese hebt ihrerseits die ursprüngliche Kompensation im Transformator 14 auf, so daß ein Ausschlag am Wattmeter entsteht, der periodisch schwankt. Es tritt damit ein periodisches Hinundherpendeln des Zeigers auf.
Die Ausführung des von diesen Pendelungen angetriebenen elektrischen Generators kann verschiedenartig gewählt werden. Einfach gestaltete sich die Steuerung einer Lichtsirene. Zu diesem Zweck ist es nur notwendig, auf die Wattmeterachse eine Lochscheibe zu setzen, die einen von einer Glühlampe herrührenden Lichtstrah! unterbricht und über eine Photozelle eine Wechselspannung erzeugt, die nach Verstärkung eine Anzeigeeinrichtung, z. B. über einen Gleichrichter und ein Relais, betätigt. In Abb. 3 ist eine Ausführung dieser Lichtsirene gezeichnet, bei der gleichzeitig Rücksicht auf eine zeitliche Änderung der gesamten elektrischen Schaltanlage nach Abb. 2 genommen wird. Mit dieser Einrichtung nach Abb. 3 soll erreicht werden, daß bei einem Nachlassen der Verstärker eine im Zuge der Verstärkeranordnung liegende Röhre automatisch nachgeregelt wird, so daß die Gesamtverstärkung zeitlich konstant bleibt.
In Abb. 3 ist eine Lochscheibe I8 in Draufsicht gezeichnet, die sich um die Achse I9 dreht. Es sind zum Zwecke der Regulierung zwei Lochreihen 20 und 21 auf verschiedenen Radien der Scheibe vorgesehen, die zu beiden Seiten, bezogen auf die durch den Pfeil 22 angedeutete Nullage, der Scheibe liegen. Ferner ist vorgesehen, daß ein kleiner Scheibenwinliel von der Größe 2 a keine Löcher erhält, damit geringe Schwankungen des Wattmeters, die etwa durch starke Störungen noch entstehen können, keine Auslösung von Wechselspannungen im Generator hervorrufen. Auf diese Scheibe gelangen zwei verschiedene Lichtstrahlen, die von derselbell Glühlampe herrühren, wobei die Zuleitungsröhren durch die gestrichelt gezeichneten I(reise 23 und 24 angedeutet sind.
Die weitere Schaltung der gesamten Regeleinrichtung ist in Seitenansicht in Abb. 4 dargestellt.
In dieser Nbl>ildung ist 25 die eben erwähnte gemeinsame Lichtquelle, von der die lichtführenden Röhren 23 und 24 zu der Scheibe I8 abgehen, die um die Achse 19 rotieren kann. Die Lichtröhren führen hinter der Scheibe in ihrer ursprünglichen Richtung weiter und enden an zwei Photozellen 26 und 27, an die wiederum zwei getrennte Verstärker 28 und 29 mit angeschalteter Gleichrichteranordnung 30 und 31 angeschlossen sind. Die beiden Gleichrichter sind gleichstrommäßig gegeneinander geschaltet, die Differenz der Spannung wird der regelbaren Verstärkerröhre zugeführt.
Die Wirkungsweise dieser Lichtsirene soll kurz erläutert werden: Ist der Verstärker der in Abb. 2 gezeichneten Anordnung in Betrieb, so ist die normale Nullage des Wattmeters bei unbetätigter Anlage vorhanden. Tritt eine Durchquerung der Strahlsperre ein, so schwankt das Wattmeter nach beiden Seiten gleichmäßig. Auf diese Weise entstehen in beiden Photozellen gleich große Wechselspannungen, die in den Gleichrichtern gleich große Gleichspannungen ergeben, so daß die Differenz Null ist und die Regelröhre nicht betätigt wird.
Tritt aber infolge langsamer zeitlicher Änderung eine Verlagerung der Gesamtverstärkung der Anlage auf, so ändert sich die Nullage der Lichtsirenenscheile. Die beiden Lochsirenen werden ungleich stark von den Lichtröhren beansprucht, so daß die MTechselspannungen an den Photozellen verschieden groß sind. An den Gleichrichtern treten dann verschieden große Gleichspannungen auf, deren Differenzspannung je nach der Stellung der Nullage der Scheibe eine andere Polarität aufweist. ist die Differenzspannung positiv, so wird der Verstärker mit bekanntell Regelröhren auf größere Verstärkung gestellt, ist die Spannung negativ, so wird der Verstärker automatisch heruntergeregelt.
Auf diese Weise ist es möglich, daß die Gesamtverstärkung der Anlage konstant bleibt und Änderungen in der gesamten Anlage, die durch Schwankungen des Senders oder Empfängers entstehen, ausgeglichen werden. Je nach der Wahl der Anzahl der Löcher kann die ursprüngliche Schwebungsfrequenz beliebig erhöht werden, so daß mit normalen Verstärkereinrichtungen gearbeitet werden kann.
Einen anderen elektrischen Generator, der von dem schwankenden Wattmeter aus gesteuert wird, zeigt Abb. 5. Bei diesem wird von dem elektrodynamischen Prinzip Gebrauch gemacht, indem mit der Achse des Wattmeters die Achse eines Drehspulinstrumentes mechanisch gekuppelt ist, so daß bei Schwankungen des gesteuerten Drehspulinstrumentes an der Drehspule elektrische Spannungen entstehen, die über einen Verstärker die Anzeige betätigen. In Abb. 5 ist 32 das Instrument nach Art eines Wattmeters, dessen Drehspule auf der Achse 33 gelagert ist. Mit dieser Achse ist mechanisch die Drehspule eines Drehspulinstrumentes 34 gekoppelt, das aus der Spule35 und dem Permanentmagneten 36 besteht. Die an der Drehspule 35 entstehende Wechselspannung wird dem Verstärker 37 zugeführt. Der Vorteil dieses Verfahrens ist die Tatsache, daß die Spannung an der Drehspule proportional der Geschwindigkeitsamplitude des Ausganges ist, so daß kleine Schwankungen mitniederer Frequenz, wie sie etwa durch Störungen entstehen, selektiv von den Nutzschwankungen abgetrennt werden.
In Abb. 6 ist eine weitere Schaltung angegeben, die z. B. in Verbindung mit dem eben angeführten Dynamometerprinzip zur automatischen Ausregelung des zeitlich schwankenden Empfängers Anwendung finden kann. Bei dieser wird von der Achse des Wattmeters elastisch ein Umschaltkontakt 38 betätigt, der je nach der Lage der Kontakte eine Batterie 39 oder 40 über Widerstandskondensatorglieder 4I, 42 in den Gitterkreis einer regelbaren Verstärkerröhre 43 schaltet. Diese Röhre liegt im Verstärkerkanal der Warnanlageeinrichtung. Wird nun infolge der zeitlichen Anderung der gesamten elektrischen Anlage die Nullage des Wattmeters über ein bestimmtes Maß geändert, so ändert sich damit auch die Zeigerstellung 38, betätigt damit z. B. einen Kontakt 44, der die Batterie 40 in den Gitterkreis zuschaltet, macht die Gitterspannung positiver und erhöht die Verstärkung. Geht andererseits die Verstärkung aus irgendwelchen Gründen in die Höhe, so bewegt sich die Zunge 38 nach der anderen Seite, schaltet die Batterie 39 an die Röhre und setzt damit die Verstärkung der Regelröhre derart herab, daß die ursprüngliche Gesamtverstärkung erhalten bleibt.
Die Kupplung dieser Umschalteinrichtung ist elastisch gehalten, damit die periodischen Nutzschwankungen am Wattmeter auch dann erhalten bleiben, wenn die Zunge 38 an einem der beiden Kontakte anliegt. In dieser Anordnung ist die Zeitkonstante der Röhrensteuerung durch den Widerstand 41 und den Kondensator 42 so gewählt, daß die Aufladung möglichst langsam erfolgt, damit kein dauerndes Hinundherpendeln eintritt. Wird z. B. der Kondensator 42 M und der Widerstand 41 mit etwa 2 Ni gewählt, so ergibt sich eine Zeitkonstante von etwa 200 Sekunden. Damit ist die Periodendauer der langsamen Pendelung dieser Einrichtung etwa 3 bis 4 Minuten, so daß eine zusätzliche Abnutzung der mechanischen Kontakte durch zu schnelle Steuerung vermieden ist.
Das beschriebene Verfahren kann auch mit zwei Empfängern ausgeführt werden, wobei die Dlifferenz der Ausgangsspannungen zur Anzeige ausgenutzt ist. Der Vorteil dieser Differenzschaltung liegt darin, daß die Empfindlichkeit des Verfahrens gesteigert wird und Schwankungen des Senders ausfallen. Bei Anwendung von zwei solchen Empfängern fällt dieKompensation im Transformator 14 durch eine vom Oszillator I3 direkt herrührende Spannung fort, weil sie durch die Ausgangsspannung des zweiten Empfängers ersetzt wird.

Claims

PATENTANSPRUCHE: I. Verfahren zur Anzeige von Schwankungen der Amplitude einer Wechselspannung, deren Größe gleich oder kleiner als gleichzeitig vorhandene Störspannungen ist, wobei die Spannungen einem Anzeigeinstrument nach Art eines Wattmeters zugeführt werden, dadurch gekennzeichnet, daß die infolge der Spannungsschwankungen im Anzeigegerät- entstehenden mechanischen Schwingungen zum Antrieb eines elektrischen Generators dienen, dessen Spannung die Anzeigeeinrichtung betätigt.
2. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß der Wechselstromgenerator eine Lichtsirene ist.
3. Verfahren nach Anspruch I, dadurch gekennzeichnet, daß die Dynamometerachse mit der Spule eines Drehspulinstrumentes gekuppelt ist und an der Drehspule die erzeugte Wechselspannung abgegriffen wird.
4. Verfahren nach Anspruch I, 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß die mit Störungen überlagerte Wechselspannung die Ausgangsspannung eines Empfängers einer-Strahlsperreinrichtung ist, die mit ultrakurzen elektrischen Wellen, z. B. Zentimeterwellen, arbeitet.
5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die auf den Empfänger einfallenden Ultrakurzwellenschwingungen vor einer Gleichrichtung von einem Hilfsoszillator moduliert werden, die demodulierte Spannung am Empfängerausgang im Ruhezustand durch eine vom Oszillator direkt abgeleitete Spannung kompensiert wird und die Schwankungen dieser kompensierten Spannung in einer Spule des Wattmeters wirksam werden, dessen anderer Spule eine feste Spannung von dem gleichen Oszillator zugeführt wird.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß Mittel vorgesehen sind, um langsame Änderungen der Verstärkung in der Anlage auszugleichen.
7. Verfahren nach Anspruch 2 und 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Scheibe derLichtsirenen aus zwei Lochreihen bestehende wirksame )ffnungen besitzt, die auf verschiedenen Radien der Scheibe liegen und von der Nullage der Scheibe nach entgegengesetzter Seite laufen, jede Lochreihe durch einen getrennten Lichtstrahl auf je eine getrennte Photozelle arbeitet, deren L,icht von der gleichen Lichtquelle herrührt, beide Photozellen über je einen eigenen Verstärker und Gleichrichter Gleichspannungen erzeugen, die gleichstrommäßig gegeneinander geschaltet sind und im Ruhezustand die Differenzspannung Null ergeben, während bei einer Störung dieser Kompensation infolge längerer zeitlicher Änderung der Anlage die sich bildende Spannung auf die Anlage derart zurückwirkt, daß der ursprüngliche Betriebszustand durch Regelung der Verstärkung wieder erreicht wird.
8. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß mit der Achse des Wattmeters mechanisch über eine elastische Kupplung ein Umschaltkontakt gekuppelt ist, der in dem Gitterkreis einer regelbaren Verstärkerröhre über Widerstände und Kondensatoren positive oder negative Spannungen zuschaltet.
9. Verfahren nach Anspruch 5, 6, 7 und 8, dadurch gekennzeichnet, daß an Stelle eines Empfängers zwei Empfänger in Differenzschaltung zur Anzeige ausgenutzt werden.