DE1275592B

DE1275592B - Device for generating two mutually phase-shifted electrical signals

Info

Publication number: DE1275592B
Application number: DER39097A
Authority: DE
Inventors: Brian Wilfred Barringer; Richard Edmund Reason
Original assignee: Rank Organization Ltd
Current assignee: Rank Organization Ltd
Priority date: 1963-10-18
Filing date: 1964-10-10
Publication date: 1968-08-22

Description

Vorrichtung zur Erzeugung zweier gegeneinander phasenverschobener elektrischer Signale Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier gegeneinander phasenverschobener elektrischer Signale mit gleichem Strom- oder Spannungsverlauf, in je einem elektrischen Kreis.Device for generating two mutually phase-shifted electrical signals The invention relates to a device for generating two electrical signals that are out of phase with one another and have the same current or voltage curve, in one electric circuit each.

Aus der deutschen Patentschrift 968 340 ist es zur Erzeugung einer sägezahnförmigen Spannung bekannt, den Luftabstand eines Ankers von einem Magneten periodisch zu verändern. Dies geschieht dadurch, daß der Anker als exzentrisch gelagerter Zylinder ausgebildet ist, welcher parallel zu seiner Achse auf der Mantelfläche eine sprunghafte Erhöhung besitzt.From the German patent specification 968 340 it is used to generate a sawtooth voltage is known as the air gap between an armature and a magnet to change periodically. This happens because the anchor is mounted eccentrically Cylinder is formed, which is parallel to its axis on the lateral surface has a sudden increase.

Aus der deutschen Auslegeschrift 1112196 ist bekannt, bei einem selbsttätigen Analogkompensator zur Kompensation von Meßströmen und Spannungen als Stellglied dienende Widerstände auf einem elastisch verformbaren Körper in Form von Dehnungsmeßstreifen aufzubringen. Mit dem elastisch verformbaren Körper ist eine Tauchspule verbunden. Diese ist verschiebbar im Luftspalt eines Elektromagneten angeordnet, wodurch der Widerstandswert der Dehnungsmeßstreifen veränderbar ist. Die bekannten Vorrichtungen können allein schon aus geometrischen Gründen lediglich zur Erzeugung eines einzigen Signals verwendet werden.From the German Auslegeschrift 1112196 it is known for an automatic Analog compensator for the compensation of measuring currents and voltages as an actuator serving resistances on an elastically deformable body in the form of strain gauges to raise. A plunger coil is connected to the elastically deformable body. This is arranged displaceably in the air gap of an electromagnet, whereby the Resistance value of the strain gauges can be changed. The known devices can only for geometric reasons to generate a single Signal can be used.

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine exakte Phasenverschiebung zwischen zwei Signalen aufrechtzuerhalten.The object of the invention is to achieve an exact phase shift between two signals.

Die Erfindung ist gekennzeichnet durch einen -an sich bekannten - ein dem gewünschten Signalverlauf entsprechendes Profil aufweisenden, drehbaren Nocken und durch zwei federnd vierbiegbare, mit einem der Phasenverschiebung entsprechenden Winkel - vorzugsweise mit 90° - um die Drehachse des Nockens gegeneinander versetzt angeordnete, den Nocken berührende Glieder, die mechanisch auf in den elektrischen Kreisen liegende mechanoelektrische Wandler, einen elektrischen Parameter dieser Wandler verändernd, einwirken.The invention is characterized by a - known per se - a rotatable profile having a profile corresponding to the desired signal profile Cam and by two resilient four-bendable, with one of the phase shift corresponding Angle - preferably at 90 ° - offset from one another about the axis of rotation of the cam arranged, the cam contacting members, which mechanically on in the electrical Circular mechano-electrical transducers, an electrical parameter of these Changing transducers, acting.

Selbst bei beliebig langsamen Signalverläufen kann eine exakte Phasenverschiebung aufrechterhalten werden.An exact phase shift can be achieved even with any slow signal progression be maintained.

Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung sind die den Nocken berührenden Glieder als einseitig verstellbar eingespannte Ausleger od. dgl. ausgebildet. Als mechanoelektrische Wandler können belastungsempfindliche Widerstände, z. B. piezoelektrische Wandler dienen. Als belastungsempfindliche Elemente sind vorzugsweise zwei einander gleiche piezoelektrische Elemente vorgesehen, die im gleichen Bereich des federnd vierbiegbaren Gliedes, jedoch auf einander gegenüberliegenden Seiten desselben angeordnet sind. Hierdurch erleiden die Elemente bei Auslenkung des Gliedes eine zwar gleiche, jedoch gegensinnig gerichtete Änderung ihrer Widerstandswerte.In a preferred embodiment of the invention, these are the cams Contacting members as a one-sided adjustable clamped boom od. The like. Designed. Load-sensitive resistors, e.g. B. piezoelectric transducers are used. As load-sensitive elements are preferred two identical piezoelectric elements provided in the same area of the resilient four-bendable member, but on opposite sides the same are arranged. As a result, the elements suffer when the limb is deflected a change in their resistance values that is the same, but directed in opposite directions.

Der Nocken kann beispielsweise eine zylindrische Fläche aufweisen, die zur Schaffung einer Wirkverbindung zwischen dem Nocken und dem federnd vierbiegbaren Glied exzentrisch zur Drehachse des Nockens angeordnet ist. In einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist der Nocken als Nockenkopfkreis ausgebildet, der mit dem federnd vierbiegbaren Glied über eine Stirnfläche im Eingriff steht. Die Stirnfläche des Nockens ist dabei zweckmäßig als plane, im Winkel zur Drehachse des Nokkens angeordnete Fläche ausgebildet, wodurch der Nocken nach Art einer Taumelscheibe auf das deformierbare Glied einwirkt. Als vorteilhaft hat es sich erwiesen, wenn das federnd vierbiegbare Glied derart angeordnet ist, daß der Radius, bei welchem es mit der einen Stirnfläche des Nockens im Eingriff steht, veränderbar ist, so daß das bei vollem Hub des Nockens auftretende Maß der Auslenkung des deformierbaren Gliedes veränderbar ist. Zur Auslenkung mittels Auslenkvorrichtungen können mehrere mit Wandlern gekoppelte, federnd verbiegbare Glieder vorgesehen sein. Beispielsweise kann man zwei federnd verbiegbare Glieder verwenden, die derart zur Auslenkvorrichtung ausgerichtet sind, daß sie mit einer Phasendifferenz von 90° zueinander ausgelenkt werden.The cam can, for example, have a cylindrical surface, to create an operative connection between the cam and the resilient four-bendable Member is arranged eccentrically to the axis of rotation of the cam. In a preferred Embodiment of the invention, the cam is designed as a cam head circle, the is in engagement with the resilient four-bendable member via an end face. the The end face of the cam is expedient as a plane, at an angle to the axis of rotation of the cam arranged surface, whereby the cam in the manner of a swash plate acts on the deformable member. It has proven to be advantageous if the resilient four-bendable member is arranged such that the radius at which it is in engagement with the one end face of the cam, is changeable, so that the amount of deflection of the deformable which occurs at the full stroke of the cam Limb is changeable. Several with Resiliently bendable members coupled to transducers are provided be. For example, you can use two resiliently bendable members that such are aligned with the deflection device that they have a phase difference of 90 ° to each other.

In der Zeichnung sind Ausführungsbeispiele des Gegenstandes der Erfindung dargestellt. Darin zeigt F i g. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in schematischer Darstellung, F i g. 2 ein elektrisches Ersatzschaltbild der Vorrichtung nach F i g. 1, F i g. 3 ein weiteres Ausführungsbeispiel des Gegenstandes der Erfindung in teilweise geschnittener und gebrochener Darstellung, F i g. 4 eine Draufsicht auf einen Teil der Vorrichtung nach F i g. 3.In the drawing are exemplary embodiments of the subject matter of the invention shown. In it, F i g. 1 shows a first embodiment of the object of the invention in a schematic representation, FIG. 2 an electrical equivalent circuit diagram the device according to FIG. 1, Fig. 3 another embodiment of the subject of the invention in a partially sectioned and broken representation, FIG. 4 one Top view of part of the device according to FIG. 3.

Das Ausführungsbeispiel nach F i g. 1 und 2 zeigt eine Vorrichtung zur Erzeugung zweier gegeneinander phasenverschobener elektrischer Signale und zwar mit einer mit dem Sinus eines Winkels A multiplizierten Signalspannung V. Die Vorrichtung weist dabei als mechanoelektrische Wandler zwei piezoelektrische Elemente 11 und 12 auf. Die Elemente 11 und 12 sind zu beiden Seiten eines als dünner Balken 13 ausgebildeten verbiegbaren Gliedes befestigt, wobei dieses Glied nach Art eines Auslegers in einem Gehäuse 14 der Vorrichtung untergebracht ist. Die Elemente 11 und 12 sind im gleichen Abschnitt des Balkens, jedoch an gegenüberliegenden Seiten desselben angeordnet und in Serie zueinander geschaltet.The embodiment according to FIG. 1 and 2 show an apparatus to generate two mutually phase-shifted electrical signals, namely with a signal voltage V multiplied by the sine of an angle A. The device has two piezoelectric elements 11 and 11 as a mechanoelectric converter 12 on. The elements 11 and 12 are one on both sides as a thin beam 13 trained bendable member attached, this member in the manner of a Boom is housed in a housing 14 of the device. The elements 11 and 12 are in the same section of the beam but on opposite sides the same arranged and connected in series with one another.

Eine Auslenkvorrichtung nach Art eines kreisscheibenförmigen drehbaren Nockens 15, der auf einer drehbaren Welle 10 befestigt ist, steht mit dem einen Ende des Balkens 13 im Eingriff. Ein zweiter, in das Gehäuse 14 als sogenannter Ausleger od. dgl. eingesetzter Balken 20 mit einander gleichen piezoelektrischen Elementen 21 und 22 ist um 90° zur Achse der Welle 10 verschoben.A deflection device in the manner of a circular disk-shaped rotatable cam 15, which is fastened on a rotatable shaft 10, is in engagement with one end of the beam 13. A second beam 20, which is inserted into the housing 14 as a so-called cantilever or the like and has piezoelectric elements 21 and 22 that are identical to one another, is shifted by 90 ° to the axis of the shaft 10.

Bei dem vom drehbaren Nocken 15 gesteuerten Betrieb der Vorrichtung wird das eine Ende des Auslegers 13 derart in einer vorgegebenen periodischen Weise bewegt, daß der elektrische Widerstand jedes Elements 11 und 12 proportional dem Sinus des Winkels A ist, um den sich der Nocken 15 gedreht hat. Gleichzeitig mit der Auslenkung des Auslegers 13 wird der Widerstand des unteren Elements 12 im hierzu entgegengesetzten Sinn geändert. Folglich ist das bei 16 zwischen den Widerständen 11 und 12 zur Verfügung stehende Ausgangsignal dem Sinus des Winkels proportional. Das Ersatzschaltbild nach F i g. 2 zeigt das unabhängig veränderbare Signal V, das von einer Signalquelle 17 abgegriffen und an die Widerstandselemente 11 und 12 angelegt wird. Bei 16 wird dabei ein dem erwünschten Wert V,1" - A proportionales Ausgangssignal abgenommen.In the operation of the device under the control of the rotatable cam 15, one end of the boom 13 is moved in a predetermined periodic manner such that the electrical resistance of each element 11 and 12 is proportional to the sine of the angle A through which the cam 15 has rotated . Simultaneously with the deflection of the boom 13, the resistance of the lower element 12 is changed in the opposite sense. Consequently, the output signal available at 16 between resistors 11 and 12 is proportional to the sine of the angle. The equivalent circuit according to FIG. 2 shows the independently changeable signal V, which is tapped from a signal source 17 and applied to the resistance elements 11 and 12. At 16 while the desired value V a, 1 "- A proportional output signal removed.

Zur Erzielung eines weiteren, dem Wert V", - A proportionalen Ausgangssignals dienen Elemente 21 und 22, die in gleicher Weise mit dem Ausleger 20 verbunden sind.To achieve a further output signal proportional to the value V ″, - A , elements 21 and 22, which are connected to the arm 20 in the same way, are used.

Das Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 entspricht im wesentlichen jenem der F i g. 1 und 2. Hiernach sind die als piezoelektrische Elemente 111 und 112 ausgebildeten belastungsempfindlichen Widerstände jeweils auf der einen Seite eines dünnen Balkens 113 befestigt, der als federnd verbiegbares Glied dient und fest in einem Gehäuse 114 der Vorrichtung untergebracht ist. Die Elemente 111 und 112 sind wiederum im gleichen Abschnitt des Balkens 113 angeordnet und miteinander in Reihe geschaltet.The embodiment according to FIGS. 3 and 4 essentially correspond that of F i g. 1 and 2. Hereafter, as piezoelectric elements 111 and 112 formed load-sensitive resistors each on one side a thin beam 113 attached, which serves as a resiliently bendable member and is firmly housed in a housing 114 of the device. The elements 111 and 112 are again arranged in the same section of the beam 113 and with one another connected in series.

Ferner ist als Auslenkvorrichtung ein kreisscheibenförmiger, drehbarer Nocken 115 vorgesehen, der eine zur Drehachse seiner Welle 110 winkelig angeordnete ebene Stirnfläche aufweist. Diese ebene Stirnfläche steht mit dem einen Ende des Auslegers 113 nach Art einer Taumelscheibe in mechanischer Wirkverbindung. Ein mit Widerstandselementen 121 und 122 versehener zweiter Ausleger 120 ist im Gehäuse untergebracht. Der Ausleger 120 ist an der Welle 110 angeordnet und dabei um 90° zum Ausleger 113 versetzt und dient dem gleichen Zweck wie der Ausleger 20 der Ausführung nach F i g. 1 und 2.Furthermore, a circular disk-shaped, rotatable cam 115 is provided as the deflection device, which cam 115 has a flat end face arranged at an angle to the axis of rotation of its shaft 110. This flat end face is in mechanical operative connection with one end of the arm 113 in the manner of a swash plate. A second bracket 120 provided with resistance elements 121 and 122 is accommodated in the housing. The boom 120 is arranged on the shaft 110 and is offset by 90 ° to the boom 113 and serves the same purpose as the boom 20 of the embodiment according to FIG. 1 and 2.

Die Ausleger 113 und 120 sind mittels Schrauben 123 im Gehäuse 114 gehalten. Sofern diese Schrauben gelockert sind, werden die Ausleger 113 und 120 unabhängig voneinander in ihren axialen Richtungen verschoben, wodurch der Radius, bei dem die Spitzen jedes einzelnen Auslegers mit der Taumelscheibenfläche des Nockens 115 im Eingriff stehen, geändert wird.The arms 113 and 120 are in the housing 114 by means of screws 123 held. If these screws are loosened, the arms 113 and 120 shifted independently of each other in their axial directions, whereby the radius, in which the tips of each individual boom with the swash plate surface of the cam 115 are engaged, is changed.

Dementsprechend kann eine genaue mechanische Steuerung des Maßes erzielt werden, mit dem jeder Ausleger bei vollem Hub des Nockens 115 ausgeienkt wird. Diese Höhe der Auslenkung steuert die maximale Amplitude der durch die Vorrichtung möglichen Signaländerung.Accordingly, precise mechanical control of the dimension can be achieved with which each boom is disengaged at the full stroke of the cam 115. These The amount of deflection controls the maximum amplitude of the possible through the device Signal change.

In diesem Zusammenhang sei noch erwähnt, daß von den vorstehend beschriebenen Ausführungsbeispielen abweichende Ausführungsformen des Gegenstandes der Erfindung geschaffen werden können. Beispielsweise muß beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 1 und 2 der Nocken 15 nicht unbedingt kreisscheibenförmig sein. Dieser Nocken kann z. B. jede beliebige Gestalt haben, sofern er nur die gewünschte Beanspruchung der Elemente 11 und 12 ermöglicht. Beim Ausführungsbeispiel nach den F i g. 3 und 4 muß beispielsweise die Fläche des Nokkens 115 nicht eben sein. Bei den vorerwähnten Ausführungsbeispielen müssen auch die Balken nicht unbedingt als Ausleger gestaltet sein, sondern diese können im Bereich ihrer Enden gelagert sein und jeweils an bestimmten Punkten durch ein Gestänge unter Druck gesetzt werden. Ferner können anstatt der piezoelektrischen Elemente andere Wandler verwendet werden. Sofern deren variabler Parameter ein Widerstandsparameter ist, können die Widerstände der Elemente so festgelegt sein, daß sie vorgegebenen Folgen von Werten folgen und nicht proportional dem Sinus oder Cosinus eines Winkels sind. Die Elemente können dabei in einer gegenüber dem Vorerwähnten völlig unterschiedlichen Weise angeordnet werden. Auch ist es denkbar, daß mehrere Wandlerelemente je Ausleger vorhanden sind.In this context it should be mentioned that of those described above Embodiments deviating embodiments of the subject matter of the invention can be created. For example, in the embodiment according to the F i g. 1 and 2 of the cams 15 do not necessarily have to be circular disk-shaped. This cam can e.g. B. have any shape, as long as it only has the desired stress of elements 11 and 12 allows. In the embodiment according to FIGS. 3 and 4, for example, the surface of the cam 115 need not be flat. With the aforementioned Embodiments also do not necessarily have to be designed as a bracket be, but these can be stored in the area of their ends and each at certain Points are put under pressure by a rod. Furthermore, instead of the piezoelectric elements other transducers are used. If their variable Parameter is a resistance parameter, the resistances of the elements can be set in this way be that they follow predetermined sequences of values and not proportional to the sine or cosine of an angle. The elements can be compared to the The aforementioned can be arranged in completely different ways. It is also conceivable that there are several transducer elements per boom.

Die Vorrichtung kann als Ersatz für Auflöser in der Radartechnik (Resolver), Sinus- oder Cosinus-Potentiometer, lineare Variometer, mehrphasige Signalquellen, Generatoren und Vervielfacher dienen.The device can be used as a replacement for resolvers in radar technology (resolver), Sine or cosine potentiometer, linear variometer, multi-phase signal sources, Generators and multipliers are used.

Einer der wesentlichen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung besteht in der Reibungsfreiheit zwischen den elektrischen Elementen und den beweglichen Teilen der Vorrichtung.One of the main advantages of the device according to the invention consists in the freedom from friction between the electrical elements and the moving ones Parts of the device.

Ein weiterer Vorteil der Vorrichtung besteht darin, daß Gleichstromsignale und Signale niederer und hoher Frequenz angelegt werden können.Another advantage of the device is that direct current signals and low and high frequency signals can be applied.

Claims

Claims: 1. Device for generating two mutually phase-shifted electrical signals with the same current or voltage curve, each in an electrical circuit, characterized by a rotatable cam (15; 115) - known per se - having a profile corresponding to the desired signal curve and by two resiliently deflectable, with a phase shift corresponding angle-preferably with a 90 ° - to the axis of rotation (10; 110) of the cam (15; 115) offset from one another are arranged, said cam (15; 115) contacting members (13, 20; 113 , 120), which mechanically act on mechanoelectric converters (11, 12, 21, 22; 111, 112, 121) located in the electrical circuits, changing an electrical parameter of these converters.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the resiliently bendable members (13, 20; 113, 120) are designed as brackets clamped in an adjustable manner on one side.

3. Apparatus according to claim 1 or 2, characterized in that the transducers (11, 12, 21, 22; 111, 112, 121) on the resiliently bendable members (13, 20; 113, 120) adjacent bending-sensitive electrical resistors and / or piezoelectric elements.

4. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the transducers (11, 12, 21, 22; 111, 112, 121) bear in pairs on opposite sides of the resiliently bendable members (13, 20; 113, 120).

5. Device according to one of the preceding claims, characterized in that the resiliently bendable members (13, 20) touch the peripheral surface or the end surface of the rotatable cam (15) . Documents considered: German Patent No. 968 340; German interpretative document No. 1112196.