DE1648706C3

DE1648706C3 - Device for an amplitude-limited vibrating string oscillator in an acoustic load cell

Info

Publication number: DE1648706C3
Application number: DE19671648706
Authority: DE
Inventors: Klaus Dr. 7500 Karlsruhe Horn
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Siemens AG
Priority date: 1967-10-27
Filing date: 1967-10-27
Publication date: 1974-04-04
Also published as: DE1648706B2; DE1648706A1

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.The invention relates to a device for an amplitude-limited vibrating string oscillator in an acoustic load cell with an excitation coil and a feedback coil magnetomechanically coupling vibrating string. In such acoustic load cells, a string vibrates offset. In order to be able to measure the frequency of these oscillations, an oscillator circuit is used used with excitation and feedback coil. The inagnetisable string induces an alternating voltage in the coils that have the same frequency as the tension of the strings.

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.It is now required that with such oscillator circuits the AC voltage as low distortion factor as possible and is obtained in a stable amplitude independent of the supply voltage. Prerequisite for this are effective amplitude limiters, which in the known arrangements are either expensive or do not meet the requirements placed on the measurement accuracy.

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. The above-mentioned object on which the invention is based is achieved with one mentioned at the beginning Device according to the invention achieved in that magnet yokes of the exciter and feedback coil opposite each other symmetrically to the vibrating string and through both legs of each of the magnet yokes running planes of symmetry are perpendicular to one another, that the pole shoes of the feedback coil to forks, between the prongs of which the string swings during the deflection process, are formed and that with increasing deflection, the forks of the Pclschuh exhibit a deflection force that approaches zero.

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.The excitation coil and the feedback coil are so arranged that the from the premagnetization the magnetic deflection forces on the string resulting from the two coil yokes, which result from magnetisicr material, e.g. B. steel, there is, compensate. In addition, there are the excitation and feedback pulses so that the magnetic fluxes, which each extend from pole to pole of the associated coil yoke, in the Put the string through vertically and thus avoid a direct inductive coupling. The magnetic flux of the excitation coil penetrates the string perpendicular to its longitudinal axis, while the magnetic flux of the feedback coil the longitudinal axis of the string is aligned.

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.The pole shoes of the feedback coil are designed as forks. With increasing deflection of the The string is transferred from the excitation coil to the string one smaller, tending towards zero deflection force exerted. The fork tines are shaped in such a way that the magnetic field, which extends from the prongs to the string, becomes more and more homogeneous the further the saiu in penetrates the space between the forks. The Auslcnkkraft is therefore less and less.

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.The magnet yoke of the excitation coil itself is also fork-shaped, so that here, too, ei ic magnetic deflection force on the string varies depending on the song string. The fork-shaped training the pole shoes of the feedback yoke or the magnet yoke the excitation coil also have the advantage that even with the greatest deflection cm Striking the strings on the pole pieces is avoided.

Die Erfindung wird an Hand der F i g. I bis 4, die ein Ausführungsbeispiel darstellen, näher erläutert.The invention is illustrated with reference to FIGS. I to 4 that represent an embodiment, explained in more detail.

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 Fig. 1, the position of the excitation coil E / ur feedback coil R is shown in relation to the string 5a. The string 5 ″ is clamped on both sides and can be made to vibrate. The magnet yokes M and M ₂ are U-shaped or fork-shaped and are rotated by 9CT relative to one another. The legs of each of the yokes by beiiie M ₁ and M, verl.u ¹ fenden Symmetricebenen are perpendicular. The magnetic flux of the magnetic yoke M ₁ penetrates the string Sa perpendicular to the axis direction. ; ik> perpendicular to the plane of the figure, and the magnetic flux ck-. Magneijoches M., penetrates the string 5a in the axial direction from the north pole N to the south pole 5, i.e. in the plane of the figure.

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.In Iig. 2 is the Erregerspulc f. "Illustrated with magnetic yoke M _1. The Magnetfehllinicn go from Nordpoi N of the magnet M ₁ of permeate the string 5a occur in the Southern 5 again, and, between the pole pieces, the string is shown in two positions 5 ' Since the exciter coil yoke is pre- magnetized, a magnetic force acts on the string Sn in position I, pulling the string SV / between the pole shoes of the magnet yoke M _1. As mentioned above, the magnetic field in the pole shoe air space becomes more and more homogeneous , and thus an ever decreasing force acts on the string Sa. In position 2, the string Sa is no longer deflected by the magnetic field.

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 mehrF i g. 3 shows the south pole S of the magnetic yoke M. The north pole N is cut off so that the windings of the feedback coil R are visible. The south pole S and also the north pole N are shaped into forks, between whose prongs Z ₁ and Z ₂ the string Sa, drawn in section, can vibrate. The magnetic field lines penetrate the string Sa at the north pole N, pass through it in the axial direction and emerge again on all sides in the area of the south pole in order to _{penetrate the prongs Z 1} and Z. of the south pole 5. In addition, as in the construction of the magnetic yoke M ₁ according to FIG. 2, a homogenization of the magnetic field in the pole shoe _{air space between the prongs Z 1} and Z of the pole shoe forks is achieved, the more

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.the string Sa is deflected. The excitation and feedback coils E and R are completely inductively decoupled, as desired. In contrast, the device of the string Sa stand out with suitable dimensioning, the deflection forces of the pre-magnetized MagnetjochcMj andM _{the like} acting on the string Sa each other in the position of rest on.

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 SaiteAn application example of this device is shown in FIG. 4 recorded. The excitation coil E and the Rückkcppelfpule- Ji are in an electrical circuit with a transistor T or the like. A supply voltage U _sp is applied to the collector and the emitter of the transistor T via the excitation coil £ ac. The feedback coil R lies between the emitter tap A and base B. A voltage U is tapped between the positive pole of the supply voltage U ^ ₁ and the emitter tap A. The string Sa is fixed at one end C and movably attached at the other end D. It can be made to oscillate and magneto-mechanically couples the excitation coil E and the feedback coil R of the illustrated transistor oscillator circuit. The tapped voltage U is sinusoidal with a frequency which corresponds to the oscillation frequency of the string Sa. If the length of the string Sa is now changed, e.g. B. by varying the end D in the direction of the arrow, the vibration frequency of the string changes

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. ίο Sa. The frequency of the tapped voltage U changes in exactly the same way, so that this method enables the frequency change of the string oscillation to be measured. Since the change in length of a string Sa is proportional to the transverse force acting on it or has a mathematical-physical relationship to it, one has a means of determining this transverse force from the frequency change of the voltage U.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen1 sheet of drawings

Claims

Patent claims:

I. Device for an amplitude-limited vibrating string oscillator in an acoustic load cell with an excitation coil and a feedback coil magneto-mechanically coupling voice string, characterized in that magnet yokes (M ₁ and M ₅ ) of the excitation and feedback coil (E and R) symmetrically to the voice string (5a) opposed to each other and through both legs of each of the Magnetjocbe (M ₁ and Λί.,) successive filters extending planes of symmetry perpendicular that the pole shoes of the feedback coil (e) forks, (between whose prongs Z ₁ and ZJ (5a) oscillate the string when Ausienkvorgang , geforuit and that with increasing deflection, the forks of the pole piece have a deflection force approaching zero.

2. Apparatus according to claim 1, characterized in that the vibrating string (5a) from magnetizable material.