DE1648706C3 - Vorrichtung für einen amplitudenbegrenzten Schwingsaitenoszillator in einer akustischen Kraftmeßzelle - Google Patents

Description

Die Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung für einen amplitudenbegrenzten Schwingsaitenoszillator in einer akustischen Kraftmeßzelle mit einer eine Erregerspule und eine Rückkoppelspule magnetomechanisch koppelnden Schwingsaite. 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 inagnetisierbare Saite induziert eine Wechselspannung in den Spulen, die die gleiche Frequenz wie die Saitenbcwcgung hat.

Es wird nun verlangt, daß mit solchen Oszillator schaltungen 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 Rückkoppclspulc symmetrisch zur Schwingsaite einander gegenüberliegen und die durch beide Schenkel jedes der Magnetjoche verlaufenden Symmetrieebenen senkrecht aufeinanderstehcn, daß die Polschuhe der Rückkoppclspule zu Gabeln, zwischen deren Zinken die Saite beim Auslenkvorgang schwingt, geformt sind und daß mit zunehmender Auslenkung die Gabeln des Pclschuhs eine gegen Null gehende Auslenkkrafl 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 magnetisicr· barem Material, z. B. Stahl, besteht, kompensieren. Außerdem liegen die Erreger- und Rückkoppeispulc 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 Rückkoppebpule der Längsachse der Saite gleichgerichtet ist.

Die Polschuhe der Rückkoppelspule sind ais 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, dall das Magnetfeld, welches von den Zinken zur Saite reicht, immer homogener wird, je weiter die Saiu in den Raum zwischen den Gabelzinken eindringt. Die Auslcnkkraft wird somit immer geringer.

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

Die Erfindung wird an Hand der F i g. I bis 4, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert.

In Fig. 1 wird die Lage der Erregerspulc E /ur Rückkoppelspule R in bezug auf die Saite 5a gezeig;. Die Saite 5« ist beidseitig eingespannt und kann in Schwingungen versetzt werden. Die Magnetjoche M und M₂ sind U- bzw. gabelförmig ausgebildet und stehen um 9CT zueinander verdreht. Die durch beiiie Schenkel jeder der Magnetjoche M₁ und M., verl.u¹ fenden Symmetricebenen stehen senkrecht aufeinander. Der Magnetfluß des Magnetjoches M₁ durch dringt die Saite Sa senkrecht zur Achsenrichtung. ;ik> senkrecht zur Figurenebene, und der Magnetfluß ck-. Magneijoches M., durchsetzt die Saite 5a in axialer Richtung vom Nordpol N zum Südpol 5, also in der Figurenebene.

In I- ig. 2 ist die Erregerspulc f." mit Magnet joch M₁ dargestellt. Die Magnetfehllinicn gehen vom Nordpoi N des Magnetjoches M₁ aus, durchdringen die Saite 5a und treten im Südpol 5 wieder ein. Zwischen den Polschuhen ist die Saite 5« in zwei Stellungen gezeigt. Da das Erregerspulenjoch vormagnctisicrt ist, wirkt auf die Saite Sn in der Stellung I eine magnetische Kraft, die die Saite SV/ zwischen die PoI-schuhe des Magnetjoches M₁ zieht Dabei wird das magnetische Feld, wie oben schon erwähnt, im Polschuhluftraum immer homogener, und damit wirkt auf die Saite Sa 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 S des Magnetjoches M, dar. Der Nordpol N ist abgeschnitten, so daß die Wicklungen der Rückkoppclspule 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 Z., des Südpols 5 einzudringen. Außerdem wird, wie bei der Ausbildung des Magnctjochcs M₁ nach Fig. 2, eine Homogenisierung des Magnetfeldes im Polschuhluftraum zwischen den Zinken Z₁ und Z., der Polschuhgabeln erreicht, je mehr

die Saite Sa ausgelenkt ist. Erreger- und Rückkoppelspule E und R sind damit, wie gewünscht, induktiv vollständig entkoppelt. Dagegen heben sich bei geeigneter Dimensionierung der Vorrichtung die Auslenkkräfte der vormagnetisierten MagnetjochcMj undM_ä, 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 Rückkcppelfpule- Ji liegen in einem elektrischen Schaltkreis mit einem Transistor T od. dgl. Eine Speisespannung U_sp ist an den Kollektor und über die Erregerspule £ ac 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^₁, 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 werden und koppelt magneto-raechanisch 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 Pfeilrichtung, so verändert sich die Schwingfrequenz der Saite

ίο 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 Sa 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)

1. Patentansprüche:

   I. Vorrichtung für einen amplitudenbegrenzten Schwingsaitenoszillator in einer akustischen Kraftmeßzelle mit einer eine Erregerspule und eine Rückkoppelspule magneto-mechanisch koppelnden Schwingsaite, dadurch gekennzeichnet, daß Magnetjoche (M₁ und M₅) der Erregerund Rückkoppelspule (E und R) symmetrisch zur Schwingsaite (5a) einander gegenüberliegen und die durch beide Schenkel jedes der Magnetjocbe (M₁ und Λί.,) verlaufenden Symmetrieebenen senkrecht aufeinanderstellen, daß die Polschuhe der Rückkoppelspule (E) zu Gabeln, zwischen deren Zinken (Z₁ und ZJ die Saite (5a) beim Ausienkvorgang schwingt, geforuit sind und daß mit zunehmender Auslenkung die Gabeln des Polschuhs eine gegen Null gehende Auslenkkraft aufweisen.
2. 2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schwingsaite (5a) aus magnetisierbarem Material besteht.