DE1269716B

DE1269716B - Moving coil galvanometer with straight pointer movement

Info

Publication number: DE1269716B
Application number: DEP1269A
Authority: DE
Inventors: Allan R Thompson
Original assignee: Clevite Corp
Current assignee: Clevite Corp
Priority date: 1964-11-12
Filing date: 1965-11-11
Publication date: 1968-06-06

Description

Drehspulgalvanometer mit geradliniger Zeigerbewegung Die Erfindung betrifft Registrierinstrumente, z. B.Moving coil galvanometer with straight pointer movement The invention relates to recording instruments, e.g. B.

Drehspulgalvanometer zur Aufzeichnung von elektrischen Signalen, die mit einem Schreibstift oder einer Schreibfeder arbeiten. Insbesondere betrifft die Erfindung Drehspulgalvanometer, bei denen die Kreisbewegung einer Antriebs spule im Luftspalt eines Magneten in eine geradlinige Bewegung umgeformt wird, die von der Schreibspitze eines Schreibstiftes oder einer Schreibfeder ausgeführt wird.Moving coil galvanometer for recording electrical signals that work with a pen or a quill. In particular concerns the Invention moving coil galvanometer, in which the circular motion of a drive coil is transformed into a linear movement in the air gap of a magnet, which is formed by the nib of a pen or a nib.

Die Umwandlung der Kreisbewegung der Spule in eine geradlinige Bewegung ist weitgehend linear, solange die Schreibspitze der Aufzeichnungsvorrichtung keine allzu große Auslenkung erfährt. Der durch die Nichtlinearität hervorgerufene Fehler ist nicht sehr groß. Wenn die Schreibspitze jedoch über einen weiten Bereich ausgelenkt wird, dann ist der Fehler von einer Größe, die für ein genaues Registriergerät nicht mehr tragbar ist. The conversion of the circular motion of the coil into a linear motion is largely linear as long as the writing tip of the recording device does not have any experiences too great a deflection. The error caused by the non-linearity is not very big. However, if the writing tip is deflected over a wide range then the error is of a magnitude that an accurate recorder cannot is more portable.

Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Drehspulgalvanometer vorzuschlagen, das insbesondere für große geradlinige Auslenkungen geeignet ist und bei dem Fehler, die durch eine Umwandlung der Kreisbewegung in eine geradlinige Bewegung mit Hilfe eines Lenkermechanismus entstehen, durch eine stabilisierte Hilfsvorrichtung oder eine Rückkopplungsschaltung kompensiert werden. Diese erzeugt eine nichtlineare Funktion, die im wesentlichen die durch den Lenkermechanismus bedingte Nichtlinearität aufhebt. The invention is therefore based on the object of a moving-coil galvanometer to propose that is particularly suitable for large rectilinear deflections and in the case of the error, which is caused by converting the circular motion into a rectilinear one Movement with the help of a link mechanism is created by a stabilized auxiliary device or a feedback circuit can be compensated. This creates a non-linear one Function, which is essentially the non-linearity caused by the link mechanism cancels.

Die Erfindung geht von einem Drehspulgalvanometer mit einem Magneten aus, zwischen dessen Polschuhen eine kreisende Antriebsspule angeordnet ist. The invention is based on a moving-coil galvanometer with a magnet from, between whose pole pieces a rotating drive coil is arranged.

Ferner ist ein Lenkermechanismus vorgesehen, der die Kreisbewegung der Spule in eine geradlinige Bewegung einer Schreibspitze umformt, so daß die Auslenkung dieser Schreibspitze auf einem Aufzeichnungsträger eine vorgewählte, nichtlineare Funktion der Auslenkung der Spule ist. Weiterhin enthält das Drehspulgalvanometer einen Auslenkungsfühler zur Feststellung der Auslenkung der Spule und eine Erregerschaltung für die Spule.Furthermore, a link mechanism is provided that the circular movement the coil is transformed into a rectilinear movement of a writing tip, so that the deflection this writing tip on a recording medium is a preselected, non-linear one Function of the deflection of the coil is. The moving coil galvanometer also contains a deflection sensor for determining the deflection of the coil and an excitation circuit for the coil.

Gemäß der Erfindung führt der Auslenkungsfühler der Erregerschaltung ein Signal zu, das proportional der Auslenkung der Spule ist und für die jeweilige Auslenkung um einen vorgewählten, nichtlinearen Betrag korrigiert ist. According to the invention, the deflection sensor leads the excitation circuit a signal that is proportional to the deflection of the coil and for the respective Deflection is corrected by a preselected, non-linear amount.

Die Erfindung wird nun auch an Hand der Zeichnungen ausführlich beschrieben, wobei alle aus der Beschreibung und den Zeichnungen hervorgehenden Einzelheiten oder Merkmale zur Lösung der Aufgabe im Sinn der Erfindung beitragen können und mit dem Willen zur Patentierung in die Patentanmeldung aufgenommen wurden. The invention will now be described in detail with reference to the drawings, with all details emerging from the description and the drawings or features can contribute to the solution of the problem in the sense of the invention and with the Willing to be patented in the patent application.

Fig. 1 zeigt einen Lenkermechanismus zur Umformung einer Kreisbewegung in eine geradlinige Bewegung bei einem Drehspulgalvanometer; F i g. 2 zeigt eine zu dem Galvanometer gehörige Schaltungsanordnung; Fig. 3 zeigt die durch den Lenkermechanismus bedingte Abweichung von der Linearität; F i g. 4 ist eine Draufsicht auf einen Auslenkungsfühler, der eine Funktion zur Kompensation der in Fig. 3 gezeigten Abweichung erzeugt; F i g. 5 ist eine Draufsicht auf einen Teil des in der Fig. 4 gezeigten Auslenkungsfühlers; F i g. 6 ist eine Seitenansicht des in der Fig. 5 gezeigten Teils; Fig.7 und 8 sind Draufsichten auf einzelne Schichtungen, aus denen die in den F i g. 5 und 6 gezeigten Teile gefertigt sind. Fig. 1 shows a link mechanism for converting a circular motion in a straight line movement in a moving coil galvanometer; F i g. 2 shows a circuitry associated with the galvanometer; Fig. 3 shows the by the link mechanism conditional deviation from linearity; F i g. 4 is a plan view of a displacement sensor; which generates a function to compensate for the deviation shown in FIG. 3; F. i g. Figure 5 is a top plan view of a portion of the displacement probe shown in Figure 4; F i g. Fig. 6 is a side view of the part shown in Fig. 5; Figures 7 and 8 are Top views of individual layers, from which the in the F i g. 5 and 6 shown Parts are made.

Nach einem Ausführungsbeispiel sieht die Erfindung ein Drehspulgalvanometer mit einer Schreibfeder oder einem Schreibstift vor, die auf einen Aufzeichnungsträger schreibt. Die Schreibspitze der Schreibfeder wird dabei von einer Spule angetrieben, die in dem Luftspalt eines Magneten schwenkbar angeordnet ist. Zwischen der Spule und der Schreibfeder ist weiterhin ein Lenkermechanismus vorgesehen, der die Kreisbewegung der Spule in eine geradlinige Bewegung der Schreibspitze auf dem Aufzeichnungsträger umwandelt. Unglücklicherweise bringt dieser Lenkermechanismus jedoch eine nichtlineare Funktion mit sich, so daß die Querauslenkung der Schreibspitze auf dem Aufzeichnungsträger eine nichtlineare Funktion von der jeweiligen Auslenkung der Spule ist. Mit der Antriebsspule sind weiterhin eine elektrische Schaltung mit einem Eingangsteil und einem Differentialverstärker sowie ein Auslenkungsfühler verbunden. Der letztere stellt die Stellung der Schreibspitze fest, wenn diese sich über den Aufzeichnungsträger bewegt, und ist außerdem auch mit der elektrischen Schaltung verbunden, um ihr ein elektrisches Signal zuzuführen, welches proportional zur Auslenkung der Schreib spitze ist. Dadurch wird eine Korrektur für die Nichtlinearität des Lenkermechanismus hergestellt. According to one embodiment, the invention provides a moving coil galvanometer with a pen or a pen on a recording medium writes. The nib's nib is driven by a coil, which is pivotably arranged in the air gap of a magnet. Between the coil and the pen is furthermore provided with a link mechanism that controls the circular movement the spool into a straight movement of the writing tip on the recording medium converts. Unfortunately brings this link mechanism, however a non-linear function with it, so that the transverse deflection of the writing tip a non-linear function of the respective deflection on the recording medium the coil is. With the drive coil there are still an electrical circuit with an input section and a differential amplifier and a deflection sensor tied together. The latter determines the position of the writing tip when it is moved over the recording medium, and is also connected to the electrical Circuit connected to supply it with an electrical signal which is proportional to deflect the writing tip. This makes a correction for the non-linearity of the handlebar mechanism.

In den F i g. 1 und 2 ist ein Registrierinstrument gezeigt, z. B. ein mit einer Schreibfeder arbeitendes Drehspulgalvanometer, dessen Schreibspitze 10 geradlinig über einen sich bewegenden Aufzeichnungsträger 11 geführt wird. Die Schreibspitze 10 wird durch eine Antriebsspule 12 angetrieben, die an einer Achse 13 befestigt und mittels nicht gezeigter Halterungen im Luftspalt 14 eines Magneten 15 angebracht ist. Ein Lenkermechanismus 16 formt die Kreisbewegung der Spule 12 und der Achse 13 in eine geradlinige Bewegung der Schreibspitze 10 einer Schreibfeder 17 um. In the F i g. 1 and 2 there is shown a registration instrument, e.g. B. a moving coil galvanometer working with a pen, its pen tip 10 is guided in a straight line over a moving recording medium 11. the Writing tip 10 is driven by a drive coil 12 attached to an axis 13 and fastened by means of brackets, not shown, in the air gap 14 of a magnet 15 is attached. A link mechanism 16 forms the circular motion of the spool 12 and the axis 13 in a rectilinear movement of the writing tip 10 of a pen 17 um.

Eine Rückkopplungsschaltung für den Antrieb der Spule enthält eine Stabilisierung und eine Dämpfung und außerdem einen Auslenkungsfühler gemäß der F i g. 2. Eine derartige Schaltung wurde bereits in einer älteren Anmeldung vorgeschlagen (USA. Ser. A feedback circuit for driving the spool includes one Stabilization and damping and also a deflection sensor according to FIG F i g. 2. Such a circuit was already proposed in an earlier application (USA. Ser.

Nr. 409 699, vom 9. November 1964, deutsches Aktenzeichen noch unbekannt).No. 409 699, dated November 9, 1964, German file number still unknown).

Bei bekannten Geräten des hier zugrunde gelegten Typs ist die Spulenachse um etwa 150 zu beiden Seiten der Nullage auslenkbar, und die durch den Lenkermechanismus bedingte Nichtlinearität kann in Kauf genommen werden, da sie klein genug ist. Nach der Erfindung ist jedoch die Spulenachse um 350 aus der Nullage auslenkbar, und daher wird eine sehr viel größere Nichtlinearität erzeugt, die bei Präzisionsinstrumenten nicht mehr tragbar ist. Nach der Erfindung ist daher eine Korrektur vorgesehen, die die auftretende Nichtlinearität auf ein ertragbares Maß reduziert. In known devices of the type on which this is based, the coil axis is deflectable by about 150 on both sides of the zero position, and that by the link mechanism Conditional non-linearity can be accepted because it is small enough. To According to the invention, however, the coil axis can be deflected from the zero position by 350, and therefore, a much greater non-linearity is produced than that of precision instruments is no longer portable. According to the invention, a correction is therefore provided, which reduces the occurring non-linearity to an acceptable level.

Der Lenkermechanismus 16 nach der F i g. 1 formt die Kreisbewegung der Spule 12 in eine geradlinige Bewegung der SchreibspitzelO auf dem Aufzeichnungsträger 11 um. Es ist erwünscht, daß zwischen der Auslenkung der Spule 12 und der Ablenkung der Schreibspitze 10 eine lineare Beziehung besteht. Das heißt, für einen Teilwinkel, um den die Spule 12 ausgelenkt wird, soll die Schreibspitze um einen gegebenen Betrag bewegt werden. Für Auslenkungen der Schreibspitze bis zu 40 mm ist der durch die Nichtlinearität des Lenkermechanismus 16 bedingte Fehler genügend klein und kann auch bei einem Präzisionsinstrument vernachlässigt werden. Bei größeren Auslenkungen wird jedoch der Fehler größer, und bei einer Auslenkung der Spule bis zu 350 auf einer Seite erhält man bei 200 einen Fehler von etwa 1,40/0. Das ist mehr als für ein Präzisionsinstrument zulässig ist Die Fig.3 zeigt die Abhängigkeit der Auslenkung d der Schreibspitze auf dem Aufzeichnungsträ ger in Abhängigkeit vom Auslenkungswinkel 0- der Antriebsspule. Die gestrichelte Kurve 20 zeigt die erwünschte lineare Beziehung, während die durch- gezogene Kurve 21 die vorhandene nichtlineare Beziehung zeigt, die durch die Gleichung d = asine+bsinKöausgedrückt werden kann. Der vertikale Abstand zwischen den beiden Kurven gibt für jedes beliebige 0 den Fehler an, der durch den Lenkermechanismus bedingt ist. The link mechanism 16 according to FIG. 1 forms the circular motion of the spool 12 in a rectilinear movement of the writing tip O on the recording medium 11 um. It is desirable that between the deflection of the coil 12 and the deflection the nib 10 has a linear relationship. That is, for a partial angle, by which the coil 12 is deflected, the writing tip should be by a given amount be moved. For deflections of the writing tip up to 40 mm, the Non-linearity of the link mechanism 16 caused errors sufficiently small and can can also be neglected with a precision instrument. With larger deflections However, the error becomes larger, and with a deflection of the coil up to 350 on one side you get an error of about 1.40 / 0 at 200. That's more than for a precision instrument is permissible. Fig. 3 shows the dependence of the deflection d of the writing tip on the recording medium as a function of the deflection angle 0- the drive coil. The dashed curve 20 shows the desired linear relationship, while the through drawn curve 21 shows the existing non-linear relationship, which can be expressed by the equation d = asine + bsinKö. The vertical distance between the two curves indicates for any 0 the error caused by the Handlebar mechanism is conditional.

Der bisher benutzte Auslenkungsfühler erzeugt ein elektrisches Ausgangs signal in Abhängigkeit von der Lage eines auf den Fluß ansprechenden Bügels, der von der kreisenden Spule mitbewegt wird. Infolgedessen ergibt sich für große Auslenkungen eine unkorrigierte, nichtlineare Beziehung. The deflection sensor previously used produces an electrical output signal as a function of the position of a bracket responsive to the river, the is moved by the rotating coil. This results in large deflections an uncorrected, nonlinear relationship.

Der in den Fig.4 bis 8 gezeigte Auslenkungsfühler 36 bedingt in der in der Fig. 2 gezeigten Schaltungsanordnung ein nichtlineares elektrisches Ausgangssignal, dessen Größe für einen gegebenen Winkel e im wesentlichen gleich dem in der F i g. 3 gezeigten Fehler für diesen Winkel ist und auch in der gleichen Richtung wie dieser Fehler in der F i g. 3 verläuft. Mit anderen Worten erzeugt der Auslenkungsfühler 36 in Abhängigkeit von zu ein Ausgangssignal, das um etwa den gleichen Betrag und in der gleichen Richtung wie die Ablenkung der Schreibspitze in Abhängigkeit von 0 nichtlinear ist. Das Ausgangssignal des Auslenkungsfühlers wird auf einen Differentialverstärker 132 zum Antreiben der Spule 12 zurückgekoppelt, wie es in der bereits erwähnten früheren Erfindung beschrieben ist, was zur Folge hat, daß die Schreibspitze 10 der Schreibfeder eine lineare Beziehung in bezug zur Größe des Eingangssignals bis zu einem Fehler von maximal 0,2°lo hat. The deflection sensor 36 shown in FIGS. 4 to 8 is conditional in the in the circuit arrangement shown in FIG. 2, a non-linear electrical output signal, whose size for a given angle e is essentially equal to that in F i G. 3 is for this angle and also in the same direction as the error shown this error in FIG. 3 runs. In other words, the displacement sensor generates 36 as a function of to an output signal that is by approximately the same amount and in the same direction as the deflection of the writing tip as a function of 0 is non-linear. The output of the displacement sensor is fed to a differential amplifier 132 fed back to drive the spool 12, as in the previously mentioned earlier invention is described, with the result that the writing tip 10 the pen has a linear relationship with respect to the size of the input signal to has an error of maximum 0.2 ° lo.

Der Auslenkungsfühler 36 erzeugt das nichtlineare Ausgangssignal wegen einer Veränderung der Schichtungen, aus denen gemäß der älteren Erfindung eine bogenförmige Erweiterung 142 eines mittleren Schenkeis 141 besteht. Bei dem bereits vorgeschlagenen Auslenkungsfühler besteht der mittlere Schenkel aus einer Anzahl von identischen Schichtungen gemäß der Fig. 7. The deflection sensor 36 produces the non-linear output signal because of a change in the stratifications that make up according to the prior invention an arcuate extension 142 of a middle leg 141 consists. In which The deflection sensor already proposed consists of a middle leg Number of identical layers according to FIG. 7.

Der Auslenkungsfühler 36 nach einem Ausführungsbeispiel der Erfindung besteht aus 15 Schichtungen L gemäß der F i g. 7 und 5 Schichtungen L' gemäß der Fig. 8, die ähnlich den SchichtungenL sind, aber im Gegensatz zu diesen abgeschnittene Enden aufweisen. Nach der Fig. 6 liegen drei SchichtungenL' auf der einen Endseite des Stapels, während zwei Schichtungen L' auf der anderen Endseite des Stapels liegen. Ein bewegbarer Bügel 75 wird mit der Spule 12 angetrieben und im Luftspalt 76 bewegt. Er erzeugt ein elektrisches Ausgangssignal, das wegen der abgeschnittenen Enden nichtlinear ist. The deflection sensor 36 according to an embodiment of the invention consists of 15 layers L according to FIG. 7 and 5 layers L 'according to FIG Fig. 8, which are similar to the layers L but cut off in contrast to them Have ends. As shown in Fig. 6, there are three layers L 'on one end side of the stack, while two layers L 'lie on the other end side of the stack. A movable bracket 75 is driven with the coil 12 and moved in the air gap 76. It generates an electrical output signal because of the cut ends is nonlinear.

Claims

Claims: 1. Moving coil galvanometer with one between the pole pieces a magnet revolving drive coil, with a link mechanism that controls the circular motion the drive coil is transformed into a straight movement of a writing tip, whose Deflection on a recording medium is a preselected non-linear function the deflection of the coil, furthermore with a deflection sensor for fixed control the position of the drive coil and with an excitation circuit for the Coil, characterized in that the deflection sensor (36) of the excitation circuit supplies an electrical signal that is proportional to the deflection of the coil (12) is changed by a preselected one adapted to the respective deflection of the coil, non-linear amount.

2. moving coil galvanometer according to claim 1, characterized in that that the deflection sensor (36) generates an electrical signal that by nearly the same amount and nonlinear in the same direction as the nonlinear function between the deflection of the writing tip and the deflection of the drive coil.

3. moving coil galvanometer according to claim 1, characterized in that that the deflection sensor (36) generates an electrical signal which is a preselected non-linear function of the deflection of the writing tip (10) on the recording medium (11) and that compensates for the non-linearity of the link mechanism.

4. moving coil galvanometer according to one or more of claims 1 to 3, characterized in that the deflection sensor has a scanning the deflection Contains transducer (36) from a number of ferromagnetic layers (L, L '), the two magnetic circles with a common section in which an alternating field is inducible, and have an air gap in which a movably mounted bracket (75) made of non-magnetic material protruding from a closed loop consists of electrically conductive material and moves with the drive coil is attached to this and with a movement the division of the river between the two magnetic circles depending on its deflection from one preselected position changed, that also the two magnetic circuits with opposite are wound in series and provided with them coupled windings, their output voltages to a differential amplifier (132), and that in addition at least part of the layers (L, L ') corresponding to the path of movement of the bracket (75) is shaped such that the electrical output signal is a non-linear function the deflection of the bracket from a preselected position.