DE1648706B2 - Vorrichtung fuer einen amplitudenbegrenzten schwingsaitenoszillator in einer akustischen kraftmesszelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen ampln^denbegrenzten Schwingsaitenoszillator in einer akustischen Kraftrr^aßzelle mit einer eine Erregerspule und eine Pückkoppelspule magnetomechanisch koppelnden Schwin saite. Bei solchen akustischen Kraftmeßzellen wird eine Saite in Schwingungen versetzt. Um die Frequenz dieser Schwingungen messen zu können, wird eine Oszillatorschaltung mit Erreger- und Rückkoppelspule verwendet. Die magnetisierbare Saite induziert eine Wechselspannung in den Spulen, die die gleiche Frequenz wie die Saitenbewegung hat.

Es wird nun verlangt, daß mit solchen Oszillatorschaltungen die Wechselspannung möglichst klirrfaktorarm und amplitudenstabil unabhängig von der Speisespannung gewonnen wird. Voraussetzung dafür sind wirksame Amplitudenbegrenzer, die bei den bekannten Anordnungen entweder aufwendig sind oder den an die Meßgenauigkeit gestellten Anforderungen nicht genügen.

Die obenerwähnte, der Erfindung zugrunde liegende Aufgabe wird bei einer eingangs genannten Vorrichtung gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß Magnetjoche der Erreger- und Rückkoppelspule symmetrisch zur Schwingsaite einander gegenüberliegen und die durch beide Schenkel jedes der Magnetjoche verlaufenden Symmetrieebenen senkrecht aufeinanderstehen, daß die Polschuhe der Rückkoppelspule zu Gabeln, zwischen deren Zinken die Saite beim Auslenkvorgang schwingt, geformt sind und daß mit zunehmender Auslenkung die Gabeln des Polschuhs eine gegen Null gehende Auslenkkraft aufweisen.

Die Erreger- und die Rückkoppelspule werden also so angeordnet, daß sich die von der Vormagnetisierung der beiden Spulenjoche herrührenden magnetischen Auslenkkräfte an der Saite, die aus magnetisierbarem Material, z. B. Stahl, besteht, kompensieren. Außerdem liegen die Erreger- und Rückkoppelspule so, daß sich die Magnetflüsse, welche jeweils von Pol zu Pol des dazugehörigen Spulenjochs reichen, in der Saite senkrecht durchsetzen und so eine direkte induktive Kopplung vermeiden. Der Magnetfluß der Erregerspule durchsetzt die Saite senkrecht zu ihrer Längsachse, während der Magnetfluß der Rückkoppelspule der Längsachse der Saite gleichgerichtet ist.

Die Polschuhe der Rückkoppelspule sind als Gabeln ausgebildet. Mit zunehmender Auslenkung der Saite wird von der Erregerspule auf die Saite eine kleinere, gegen Null strebende Auslenkkraft ausgeübt. Die Gabelzinken sind nämlich derart geformt, daß das Magnetfeld, welches von den Zinken zur Saite reicht, immer homogener wird, je weiter die Saite in den Raum zwischen den Gabelzinken eindringt. Die Auslenkkraft wird somit immer geringer.

Auch das Magnetjoch der Erregerspule selbst ist derart gabelförmig ausgebildet, so daß auch hier die magnetische Auslenkkraft auf die Saite je nach Lage der Saite variiert. Die gabelförmigen Ausbildungen der Polschuhe der Rückkoppel- bzw. des Magnetjoches der Erregerspule haben außerdem den Vorteil, daß auch bei noch so großer Auslenkung ein Anschlagen der Saiten an die Polschuhe vermieden wird.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. 1 bis 4, die ein Ausführungs*'eispiel darstellen, näher erläutert.

In F i g. 1 wird die Lage der Erregerspule E zur Rückkoppelspuie R in bezug auf die Saite 5a gezeigt. Die Saite Sa ist beidseitig eingespannt und kann in Schwingungen versetzt werden. Die Magnetjoche M₁ und M₂ sind U- bzw. gabelförmig ausgebildet und stehen um 90° zueinander verdreht. Die durch beide Schenkel jeder der Magnetjoche M₁ und M₂ verlaufenden Symmetrieebenen stehen senkrecht aufeinander. Der Magnetfluß des Magnetjoches M_x durchdringt die Saite Sa senkrecht zur Achsenrichtung, also senkrecht zur Figurenebene, und der Magnetfluß des Magnetjoches M., durchsetzt Q.e Saite 5a in axialer Richtung vom Nordpol N zum Südpol S, also in der Figurenebene.

In F i g. 2 ist die Erregerspule E mit Magnetjoch M₁ dargestellt. Die Magnetfeldlinien gehen vom Nordpol N des Magnetjoches M₁ aus, durchdringen die Saite 5a und treten im Südpol 5 wieder ein. Zwischen den Polschuhen ist die Saite Sa in zwei Stellungen gezeigt. Da das Erregerspulenjoch vormagnetisiert ist, wirkt auf die Saite Sa in der Stellung 1 eine magnetische Kraft, die die Saite 5a zwischen die Polschuhe des Magnetjoches M₁ zieht. Dabei wird das magnetische Feld, wie oben schon erwähnt, im Polschuhluftraum immer homogener, und damit wirkt auf die Saite 5a eine immer kleiner werdende Kraft. In Stellung 2 wird die Saite Sa nicht mehr weiter von dem Magnetfeld ausgelenkt.

F i g. 3 stellt den Südpol 5 des Magnetjoches M₂ dar. Der Noidpol N ist abgeschnitten, so daß die Wicklungen der Rückkoppelspule R sichtbar sind. Der Südpol S und auch der Nordpol N sind zu Gabeln geformt, zwischen deren Zinken Z₁ und Z₂ die Saite Sa, im Schnitt gezeichnet, schwingen kann. Die Magnetfeldlinien dringen am Nordpol N in die Saite Sa ein, durchlaufen sie in axialer Richtung und treten im Bereich des Südpols allseitig wieder aus, um in die Zinken Z₁ und Z₂ des Südpols S einzudringen. Außerdem wird, wie bei der Ausbildung des Magnetjoches M₁ nach F i g. 2, eine Homogenisierung des Magnetfeldes im Polschuhluftraum zwischen den Zin ken Z₁ und Z₂ der Polschuhgabeln erreicht, je mehr

die Saite 5α ausgeleckt ist. Erreger- und Rückkoppelspule E und R sind damit, wie gewünscht, induktivvollständig entkoppelt. Dagegen heben sich bei geeigneter Dimensionierung der Vorrichtung die Auslenkkräfte der vormagnetisierten Magnetjoche Λ/, und M... die auf die Saite Sa einwirken, gegenseitig in der Ruhelage der Saite Sa auf.

Ein Anwendungsbeispiel dieser Vorrichtung ist in F i g. 4 aufgezeichnet. Die Erregerspule E und die Rückkoppelspule R liegen in einem elektrischen Schaltkreis mit einem Transistor T od. dgl. Eine Speisespannung U_sp ist an den Kollektor und über die Erregerspule F. an den Emitter des Transistors T angelegt. Die Rückkoppelspule R liegt zwischen Emitterabgriff A und Basis B. Eine Spannung U wird zwischen dem positiven Pol der Speisespannung U_fP und dem Emitterabgriff A abgegriffen. Die Saite Sa ist am. einen Ende C fest und am anderen Ende D beweglich angebracht. Sie kann in Schwingungen versetzt weiden und koppelt magneto-mechanisch die Erregerspule E und die Rückkoppelspule R des dargestellten Transistor-Oszillatorkreises. Die abgegriffene Spannung U ist sinusförmig mit einer Frequenz, die der Schwingfrequenz der Saite Sa entspricht. Wird nun die Länge der Saite Sa verändert, z. B. durch Variation des Endes D in der gezeichneten Pfeilr';htung, so verändert sich die Schwingfrequenz der Saite Sa. Genauso ändert sich aber die Frequenz der abgegriffenen Spannung U, so daß mit dieser Methode eine Messung der Frequenzänderung der Saitenschwingung ermöglicht ist. Da die Längenänderung einer Saite 5a proportional zur auf sie einwirkenden Transversalkraft ist bzw. in einem mathematischphysikalischen Zusammenhang zu ihr steht, hat man somit ein Mittel, diese Transversalkraft aus der Frequenzänderung der Spannung U zu ermitteln.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (2)

Patentansprüche:

1. Vorrichtung für einen amplitudenbegrenzten Schwingsaitenoszillator in einer akustischen Kraftmeßzelle mit einer eine Erregerspule und eine Rückkoppelspule magneto-mechanisch koppelnden Schwingsaite, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetjoche (/VZ₁ und M.,) der Erregerund Rückkoppelspule (E und R) symmetrisch zur Schwingsaite (Sa) einander gegenüberliegen und die durch beide Schenkel jedes der Magnetjoche (Ai₁ und M₂) verlaufenden Symmetrieebenen senkrecht aufeinanderstellen, daß die Polschuhe der Rückkoppelspule (E) zu Gabeln, zwischen deren Zinken (Z₁ und Z.,) die Saite (Sa) beim Auslenkvorgang schwingt, geformt sind und daß mit zunehmender Auslenkung die Gabeln des Polschuhs J,ne gegen Null gehende Auslenkkraft aufweisen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingsaite (5a) aus magnetisierbarem Material besteht.