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Einrichtung zur Fernanzeige der gegenseitigen Winkellage zweier gegeneinander
beweglicher, vorzugsweise verdrehbarer Gegenstände Den Gegenstand der Erfindung
bildet eine Einrichtung zur Fernanzeige der gegenseitigen Winkellage zweier gegeneinander
beweglicher, vorzugsweise verdrehbarer Gegenstände, bei der die beiden Gegenstände
mit den beweglichen bzw. feststehenden Elementen von zwei induktiven oder kapazitiven
Kopplungsanordnungen verbunden sind, die die Frequenz von zwei die Fernanzeige bewirkenden
Wechselspannungen beeinflussen, -wobei die Frequenz höher gewählt ist als die höchste
vorkommende Frequenz der Änderung der gegenseitigen Winkellage der -enannten Gegenstände.
Die Erfindung besteht darin, daß die Oszillatoren je zwei Rückkopplungskreise
zur Erzeugung zweier a - phasenverschobener Spannungen ent-",egetiseitil,
I halten, von denen der eine eine konstante Rückkopplung bewirkt, die für die Selbstschwingung
des Oszillators ausreichend ist, und der andere die Kopplungsanordnung enthält,
Die Erfindung wird an Hand eines in der Zeichnun- dargestellten Ausführungsbeispiels
näher erläutert. lin dargestellten Fall sind die beiden gegeneinander verdrehbaren
Gegenstände eine Scheibe io mit einem Zeiger 12 und eine Skalenscheibe i i. Diese
Skalenscheibe ist feststehend, und ihr ist das ebenfalls feststehende Primärglied
15 einer induktiven Kopplungsvorrichtung zugeordnet, deren innerhalb des Primärgliedes
drehbares Sekundärglied 16 mit der Scheibe io und dem Zeiger 12 zusammen drehbar
ist, wie dies die durch
die strichpunktierte Linie 17 dargestellte
mechan-ische Verbindung andeutet.
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Die Einrichtung umfaßt ferner einen Oszillator 9-o, dessen Frequenz
die höchste vorkommende Frequenz der durch die Änderung der gegenseitigen Winkellage
des Zeigers 12 und der Skalenscheibe i i hervorgerufenen Änderung des Scheinwiderstandes
der Kopplungsanordnung 15, 16 übersteigt, Der Oszillator umfaßt eine Entladungsröhre
:21 mit einem in den Anodenkreis der Röhre geschalteten Resonanzkreis, der aus einem
einstellbaren Kondensator 22 und einer dazu parallel geschalteten Spule
23 besteht. Mit dieser Spule ist eine zur Herbeiführung der erforderlichen
Rückkopplung dienende, in den Eingangskreis der Röhre geschaltete Spule:24 induktiv
gekoppelt, wie dies die Pfeile M andeuten. Der Oszillator ist mit einer Einrichtung
zur selbsttätigen Amplitudenregelung versehen, die aus einer zwischen die Anode
und das Steuergitter der Röhre 21 geschalteten Gleichrichterdiode 2,5 besteht.
Diese Gleichrichterdiode bewirkt, daß die Regelung erst von einer bestimmten Amplitude
ab einsetzt, indem ihrer Kathode von einer Spannungsquelle + B über einen
aus den Widerständen 27 und 28 bestehenden Spannungsteiler eine verzögernde
Vorspannung zugeführt wird. Die sich am Belastungswiderstand 29 der Diode ergebende
Regelspannung wird dem Steuergitter der Röhre 21 über ein aus Kondensatoren und
Widerständen zusammengesetztes Sieb zugeführt. Die Ausgangsspannung der Röhre 21
gelangt über einen Kopplungskondensator:26, ein Netzwerk 30, eine Verstärkerröhre
38 und einen Tansformator 4o, 41 zum Primärglied 15 der induktiven
Kopplungsvorrichtung. Die Reihenwiderstände 32, 33 und 34 sowie die Querkondensatoren
35, 36 und 37 des Netzwerkes 3o bewirken hierbei eine Phasenverschiebung,
deren Zweck weiter unten dargelegt wird. Das Maß dieser Phasenverschiebung ist durch
den veränderlichen Widerstand 34 einstellbar, während der Kondensator 48 zur Unterdrückting
des Gleichstrornes im Stromkeis dient. Die Größe der dem Primärglied 15 zugeführten
Spannung kann durch den Spannungsteiler 3 1 geregelt werden. Die Primärwicklung
4o des Transformators ist durch einen Kondensator 4:2 so abgestimmt, daß der durch
die Wicklung 40 fließende Strom gegenüber der Eingangspannung der Verstärkerröhre
38 eine Phasenverschiebung von go' aufweist. Das Sekundärglied 16 der Kopplungsvorrichtung
ist über miteinander induktiv gekoppelte Schleifen 43, 44, sowie über einen Transformator
45, 46 mit durch einen Kondensator 47 abgestimmter Sekundärwicklung an den Eingangskreis
der Entladungsröhre :21 angeschlossen. Die Schleife 43 ist zusammen mit dem Kopplungsglied
16 drehbar, während die Schleife 44 feststehend ist.
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Aus der vorstehenden Beschreibung der Einrichtung ist ersichtlich
daß über die induktive Kopplungseinrichtung 15, 16 ein zweiter Rückkopplungsweg
des Oszillators 2o verläuft. Es ist vorteilhaft, die Schaltelemente dieses Rückkopplungweges
so auszubilden, daß die auf diesem Weg zum Eingangskreis der Röhre 2-1 rückgekoppelte
Spannung gegenüber der über die Spule 24 rÜckgekoppelten Spannung eine Phasenverschiebung
von go' hat. Die Amplitude und die Polarität dieser phasenverschobenen Rückkopplungsspannung
ändert sich gemäß der gegenseitigen Lage der Kopplungselemente 15 und 16 und infolgedessen
gemäß der gegenseitigen Lage des Zeigers 1-2 und der Skalenscheibe ii.
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Zwecks eindeutiger Anzeige der gegenseitigen 2z, 25 Bewegung der Organe
i i und i?- ist ein zusätzliches induktives Kopplungselement vorgesehen, das aus
einem feststehenden Primärglied 5o und einem zusammen mit dem Zeiger 12 drehbaren
Sekundärglied 51 besteht. An diese Kopplungsvorrichtung ist ein zweiter Oszillator
5:2 in derselben Weise angeschlossen, wie der Oszillator 2o an die Kopplungsvorrichtung
15, 16 angeschlossen ist. Die in diesem Oszillator erzeugten Schwingungen werden
zur Steuerung der an der Empfangsstelle die gegenseitige Bewegung der Organe i i
und 12 anzeigenden Kathodenstrahlröhre 55 verwendet. An Stelle der dargestellten
Drahtverbindung zwischen der Sendestelle und der Empfangsstelle kann natürlich auch
eine drahtlose Verbindung vorgesehen werden. Der Oszillator 2o dient zur Erzeugungder
Ablen.kspannungen für die vertikale Ablenkung des Kathodenstrahles der Röhre
5 5,
während der Oszillator 52 zur Erzeugung der Ablenkspannungen für-die
horizontaleAblenkung-dient. Der Oszillator 20 steht mit den vertikalen Ablenkelektroden
der Röhre 55 über einen Amplitudenbegrenzer 56, einen Frequenzmodulator
57 und einen Verstärker 58 in Verbindung, während die Verbindung des
Oszillators 52 mit den horizontalen Ablenkelektroden der Röhre
55 durch einen Amplitudenbegrenzer 59, einen Frequenzmodulator 6o
und einen Verstärker 61 hergestellt ist. Auf dem Bildschirm 62 der Kathodenstrahlröhre
ist eine Teilung vorgesehen, die derjenigen der Skalenscheibe ii entspricht, Die
Einrichtung wird vorteilhaft so eingestellt, daß sie die in Fig. 2 dargestellte
Betriebscharakteristik hat, In dieser Figur stellen die Kurven A
und B die
Frequenzänderungen der Oszillatoren 2o und 52 dar, die sich bei der Drehung
des Zeigers 12 ergeben, wobei vorausgesetzt ist, daß die beiden Oszillatüren dieselbe
mittlere Betriebsfrequenzfo haben. Es ist offenbar, daß die Frequenz der in den
Oszillatoren erzeugten Schwingungen sich gemäß einer Sinusfunktion der Drehung des
Zeigers 12 zwischen den Grenzwerten fo ± A f ändert. Die maximale
Frenquenzän-derun.g A f wird durch die maximale Amplitude der in den
Sekundärgliedern 16 und 5 1 der beiden Kopplungsvorrichtungen induzierten
und den Oszillatoren 20 und 52 zugeführten Schwingungenbestimmt. DiesemaximaleFrequenzänderung
wird durch den Spannungsteiler31 auf einen vorbestimmten Wert begrenzt. Der Widerstand34
des Netzwerkes30 sorgt dafür, daß die Frequenzänderungen der erzeugten Schwingungen
symmetrisch zu beiden Seiten der Mittelfrequenz f.
liegen. Das Netzwerk
30 gleicht also unerwünschte
Phasenverschiebungen aus, die
sich in dem den Verstärker 38 enthaltenden Rückkopplungsweg ergeben könnten.
Die entsprechenden Schaltelemente des Oszillators 52 werden in der gleichen
Weise eingestellt.
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Aus den Kurven der Fig. 2 ergibt sich, daß bei der günstigsten Betriebsweise
die Modulation des Oszillators 2o gegenüber derjenigen des Oszillators ,92 eine
Phasenverschiebung von go' aufweist. Um dies zu erreichen, sind die Primärglieder
15 und 5o der Kopplungsvorrichtungen in derselben Ebene oder in zueinander parallelen
Ebenen angeordnet, während die Sekundärglieder 16 und 51 rechtwinklig zueinander
stehen. Überdies wird das Kopplungsglied 5 1 in bezug auf den Zeiger i o
vorteilhaft so angeordnet, daß die Kopplung zwischen den Gliedern 50 und
51 Null ist, wenn der Zeiger 12 auf den Nullpunkt der Skala der Skalenscheibe i
i zeigt. Hierbei ist dann der Nullpunkt der Skala auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre
55
auf demselben Punkt des Skalenkreises angeordnet, in welchem der Nullpunkt
der Teilung der Skalenscheibe ii liegt.
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Zwecks Erläuterung der Wirkungsweise der Einrichtung sei angenommen,
daß der Zeiger 12 die in der Fig. i dargestellte Stellung habe, in der er vom Nullpunkt
um den Winkel 0, verdreht ist. Die Frequenzen der in diesem Fall durch die Oszillatoren:2o
und 52 erzeugten Schwingungen ergeben sich durch die Schnittpunkte der Ordinaten1.iiiie
01 in Fig. 2 mit den Kurven A und D. Infolge dieser Schwingungen ergibt sich
eine positive Ablenkspannung für die horizontale Ablenkung des Kathodenstrahles
und eine negative Ablenkspannung für die vertikale Ablenkung des Kathodenstrahles.
Diese Ablenkspannungen erzeugen auf dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre einen
leuchten Punkt im Punkt P, dessen Lage der augenblicklichen Lage des Zeigers 12
entspricht.
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Wenn der Zeiger 12 eine stetige Drehung mit konstanter Drehzahl ausführt,
so er,-eben sich in den Demodulatoren 57 und 6o periodische, sinusförmige
Spannungen, die einen gegenseitigen Phasenunterschied von go' haben. Derartige Ablenkspannungen
bewirken bekanntlich eine Ablenkung des Kathodenstrahles auf einer Kreisbahn, wobei
diese Ablenkbewe 'gung synchron mit der Bewegung des Zeigers 1:2 vor sich geht.
Bei Verwendung eines nachleuchtenden Schirmes ergibt sieh dann ein Kreisbild auf
dem Bildschirm der Kathodenstrahlröhre. Besondere Stellungen des Zeigers 12 können
hierbei durch eine entsprechende Modulation der Intensität des Kathodenstrahles
gekennzeichnet werden.
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Mehrere Umstände tragen dazu bei, daß die beschriebene Einrichtung
stabil arbeitet. Erstens hält die Vorrichtung zur selbsttätigen Amplitudenregelung
der Oszillatoren die Amplitude der erzeugten Schwingungen konstant. Infolgedessen
hat auch der feste Anteil der Rückkopplungsspannung eine konstante Größe. Überdies
arbeitet jeder Oszillator bei zwei Stellungen der mit ihm verbundenen Kopplungsvorrichtung,
die um i8o' auseinanderliegen, mit seiner mittleren Betriebsfrequenz fo.
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Die erfindungsgemäße Einrichtung ist auch dazu er ,ecignet, die gegenseitige
Lage zweier im Verhältnis zueinander beweglicher Gegenstände anzuzeigen, die von
Drehbewegungen abweichende relative Bewegungen ausführen. Zu diesem Zweck ist es
nur erforderlich, die betreffende Bewegung auf irgendeine Weise in eine Drehbewegung
zu verwandeln und diese auf die beweglichen Glieder der Kopplungsvorrichtungen zu
übertragen, Die mittlere Betriebsfrequenz der Oszillatoren 20 und 52 kann
natürlich auch verschieden voneinander sein, und dies ist sogar vorteilhaft, wenn
die Übertragung von der Sendestelle zur Empfangsstelle auf drahtlosem Weg erfolgt.