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Frequenzschreiber und Frequenzspektrograph
Die Erfindung bezieht sich
auf das Problem der laufenden Registrierung der Frequenz einer oder mehrerer Wechselspannungen.
Derartige Frequenzschreiber sind an sich schon bekannt. Sie arbeiten nach dem Prinzip
der Frequenzmesser mit Instrumentenzeigeranzeige. Statt des Anzeigeinstruments wird
zur Registrierung ein schreibendes Instrument, wie etwa beim Pegeischreiber, verwendet.
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Derartige Einrichtungen sind umfangreich, relativ kompliziert und
meist nicht von großer Genauigkeit im Hinblick auf Anzeigefehler.
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Der vorliegenden Erfindung liegt die Auf gabe zugrunde, ein geeigneteres
Prinzip zur Frequenzregistrierung aufzuzeigen, das noch dazu den Vorteil hat, daß
gleichzeitig mehrere Frequenzen oder auch Frequenzgemische registriert werden können,
so daß die Anordnung im Sinne eines Spektrographen erweitert wird.
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Nach der Erfindung wird ein Zungenfrequenzmesser mit einer dem zu
messenden Bereich angepaßten Zungenfolge benutzt, dessen Zungen durch ihre Schwingbewegung
einen auf Andruck färbenden, in Längsrichtung der Zungen ablaufenden Registrierstreifen
entsprechend ihrem Schwingungshub beschreiben. Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedsnkens
ist in Abb. 1 dargestellt. Die Zungen a mit ihren Antriebs magneten b, der üblichen
Anordnung des Zungenfrequenzmessers entsprechend, sind gegenüber einem Konstruktionsteil
c angeordnet, um das herum das durch eine Antriebseinrichtung d bewegte Registrierpapier
e gezogen wird. Zwischen c und a läuft ein Kohlefarhpapier f, die Zungen a tragen
einen kleinen Nocken, der das Blaupapier durch die Vibration der in Schwingungen
befindlichen Zunge gegen das Weißpapier schlägt. Zur Verstärkung der Druckwirkung
können nach der Erfindung gegebenenfalls die beiden Papiere gegenläufig gesteuert
werden, so daß ein verstärktes reibungsbedingtes Anwischen der Kohlepapierfarbe
die Folge ist.
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Das Registrierpapier kann nun entweder mit Eichlinien nebst den Zungen
entsprechenden Zahlen ausgerüstet, oder es kann ein Auswertelineal beigegeben werden,
adras clie entsprechende Eichung enthält. Die Abb. 2 zeigt ein mit der geschilderten
Anordnung geschriebenes Diagramm. Um bei unliniertem Papier Bezugslinien zur Orientierung
der -Auswerteschablone zu erhalten, wird an einem Rand von einer festen Schreibkante
eine Linie zusätzlich geschrieben. Auch zur Kontrolle der richtigen Lage des Registrierpapiers,
sofern dieses mit Eichlinien versehen ist, ist letztere geeignet. Die Eichlinien
können auch von zwischen den Zungen an-- -geordneten Schreibkanten erzeugt werden,
um Ungenauigkeiten durch fehlerhafte Papierlage zu vermeiden.
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Bei der praktischen Ausführung ist es! naturgemäß erforderlich, die
Registrierkante dicht an den Einspannpunkt der Zungen zu verlegen, damit diese nicht
zu Prellschwingungen angeregt bzw. zu stark gedämpft werden. Das Kchlepapier muß
in diesem Fall zusammen mit der Schreibkante auch sehr dicht an die Zungen herangebracht
werden, da an dieser Stelle die Amplitude der Zunge sehr klein ist. Um dies zu vermeiden,
kann auch die Zunge dicht bei der Einspannstelle mit einem kleinen Arm versehen
werden, wie dies in Abb. 3 bei g dargestellt ist, wobei dann eine ähnliche Wirkung
entsteht, wie bei der üblichen Kontaltfeder am Wagnerschen Hammer einer Klingel
(lose Kopplung des Schwingelements).
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Es kommt nun häufig vor, daß Frequenzbereiche analysiert, bzw. Einzelfrequenzen
registriert werden sollen, für die der Zungenfrequenzmesser kaum dimensioniert werden
kann. So besteht z. B. für physiologische Zwecke das Bedürfnis, Frequenzen von I
bis 30 Hz zu bestimmen oder einen solchen Bereich zu spektrographieren. Ebenso besteht
die Aufgabe, weit höhere Frequenzen, als der Schwingzunge zumutbar, laufend zu überwachen,
so etwa Tonfrequenzen im Fernsprechbetrieb usw., oder auch gestrahlte Hochfrequenzschwingungen.
In weiterer Ausgestaltung des E rfindnngsgedanl<en 5 wird zu diesem Zweck die
zu erfassende Schwingung Szw. der Schwingungsbereich in den für Zungenfrequenzmesser
geeigneten Bereich transponiert. (Die Transponierung etwa des genannten Bereiches
von I bis 30 Hz mittels eines Überlagerers von 66 Hz in einen Bereich von 65 bis
36 Hz oder eine solche von 8oo Hz mittels eines Überlagerers von 750 auf 50 Hz oder
schließlich auch die Transponierung einer Senderwelle von 1 MHz mittels eines quarzstabilisierten
Überlagerers von 1,0005 MHz auf 50 Hz unter entsprechend geeigneter Bemessung des
Umfanges des Zungenfrequenzmessers bedarf keiner weiteren Erläuterung und liegt
im Rahmen normalen ingeniösen Könnens.
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Für die Analyse eines Frequenzgemisches ist es häufig notwendig,
wie beispielsweise in der Elektroenzephalographie, die Kurve selbst oszillographisch
zu registrieren und, vorzugsweise auf dem gleichen Registrierstreifen, das Spektrogramm
aufzuzeichneu Die hierfür bisher angewendeten Spektrographen arbeiten nach dem Prinzip
der Abtastung des Frequenzbandes und nachträglicher sukzessiver Registrierung. Werden
mehrere oszillographische Registrierungen von verschiedenen Punkten nebeneinander
auf einen Papierstreifen gebracht, so kann diese Registrierungsart des spektrogramms
nach dem heutigen Stand der Technik wegen des Raumbedarfes der bekannten Spektrographen
praktisch nur jeweils für I Oszillogramm durchgeführt werden. Zudem leidet die Übersichtlichkeit
der Aufzeichnung nicht unerheblich, da die oszillographische Kurve der spektrographischen
Kurve in der Darstellung zu ähnlich ist. Sie zeichnen beide in karthesischen Koordinaten.
Die oben geschilderte Aufzeichnungsart des Spektrogramms ist dagegen von derjenigen.
des Oszillogramms völlig verschieden, so daß aus diesem Grunde und auch, weil die
Anordnung entsprechend konstruktiv bemessener Zungenfrequenzmesser gemeinsam mit
oszillographischen Direktschreibsystemen sehr viel einfacher ist, das Registrieren
auch mehrerer Spektrogramme, baemeinsam mit den verschiedemen Oszillogrammen möglich
ist. Die Spektrographie gewinnt damit als Ergänzung zur gleichzeitigen Oszillographierung
mehrerer Vorgänge erheblich an Bedeutung. Abb. 4 zeigt ein Vierfachelekt@@ enzephalogram'm,
bei (dem gleichzeitig die vier Frequenzanalysen mit aufgezeichnet sind. Die oberen
beiden Registrierungen stammen von zwei symmetrischen occipitaien Punkten, die unteren
beiden von zwei präzentralen Punkten. Während auf allen vier Abbildungen pathologische
träge Wellen vorhanden sind, kommen auf den occipitalen Ableitungen, wie meist,
noch physiologische α-Wellenserien hinzu. Bei beiden Aufzeichnungsgruppen
sind ferner nochkleine ß-Wellen vorhanden.
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Dementsprechend weisen die zwei oberen Spektrogramme Anzeigelinien
bei 4 Hz (träge #-Wellen), 16 Hz (α-Wellenserien) und 28 Hz (ß-Wellen) Registrierlinien
auf, während in den beiden unteren Registrierungen die Linien für die z - Wellen
fehlen.
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Durch geeignete Dimensionierung der geometrischen Anordnung wirdi
sich ohne weiteres ergeben, daß, falls erwünscht, sogar durch die Intensität der
Linie die Größe der Amplitude dargestellt wird, was ohne weiteres einleuchten dürfte.
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In weiterer Ausgestaltung des Erfindungsgedankens können aber auch,
notwendigenfalls unter Versetzung der einzelnen Zungen mit ihren weitausschwingenden
Enden auf Lücke die Schwingelemente so angeordnet werden, daß sie in Richtung der
Papierbreite schwingen. In diesem Fall ergibt die Breite der Linie ein Maß für die
Amplitude.
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Die ruhende Zunge schreibt dann ihre Bezugseichlinie selbst. Die praktische
Ausgestaltung etwa unter Anwendung eines mitschwingenden Schreibzeigers, der gegebenenfalls
federnd ausgebildet ist, bedarf keiner weiteren Erläuterung, da sie im Rahmen normalen
ingeniösen Könnens liegt.
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Schließlich ist die Ausgestaltung nach der Erfindung noch in dem
Sinne möglich, daß die
Registrierung durch einen Überschlag elektrischer
Funken in an sich bekannter Weise erfolgt. Bei einer solchen Anordnung wird die
Funkenspannung so gewählt, daß bei ruhender Zunge noch kein Funkenüberschlag entsteht,
sondern erst dann, wenn die Zunge sich infolge einer gewissen Amplitude bei jeder
zweiten Halbperiode der Gegenelektrode nähert.