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PATENTANSPRÜCHE
1. Elektrische Schwenkvorrichtung mit einem Schwinganker und einer Feder, dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Schwingfrequenz (Ts -1) des Schwingankers mindestens eine mit einer Halteimpulssequenz beaufschlagte, bei jeder Schwingung während einer vorbestimmten Zeit (z) zumindest an einer der zwei Endlagen der Schwenkbewegung einen Stillstand des Schwingankers bewirkende Haltevorrichtung (HM) vorhanden ist, welche mit einem die Halteimpulssequenz erzeugenden Impulsgenerator verbunden ist, wobei die Impulsdauer der Halteimpulse grösser oder zumindest angenähert gleich gross wie die Differenz zwischen der ge wllnschten Schwingperiode (Ts) und der Eigenresonanzperiode (tun) des Schwingankers (SK) ist.
2. Schwenkvorrichtung nach Patentanspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass halteeinrichtungsseitig ein Anschlag (AG) zur Begrenzung der maximalen Schwenkauslenkung vorhanden ist.
3. Schwenkvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwing anker (SK) mit einer schwingfähigen Blattfeder (BF) verbun den ist.
4. Schwenkvorrichtung nach Patentanspruch 1 oder Patentanspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich eine Einschwingvorrichtung mit mindestens einer über einen Verstärker (VS) mit einem die momentane Auslenkung des Schwingankers erfassenden Fühlelement (PS) verbundenen Antriebsspule (TS) vorhanden ist.
5. Schwenkvorrichtung nach Patentanspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass nach erfolgter Einschwingung die Ein schwingvorrichtung (VS, PS, TS) abgeschaltet wird.
6. Verwendung der Schwenkvorrichtung nach Patent anspruch 1, in einer Zerhackereinrichtung (ZK) zum Erzielen eines synchronisierbaren periodischen Abdeckens des strahlungsempfindlichen Detektorfeldes eines radiometrischen Instrumentes, wodurch das strahlungsempfindliche Detektorfeld abwechslungsweise von einer gesammelten, auf dasselbe gerichteten Strahlung beleuchtet oder aber abgeschirmt wird.
7. Verwendung nach Patentanspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Schwinganker (SK) zum Abdecken des Detektorfeldes (DF) ein Abdeckplättchen (AP) aufweist, das breiter als das abzudeckende Detektorfeld (DF) ist.
Die vorliegende Erfindung betrifft eine elektrische Schwenkvorrichtung mit einem Schwinganker und einer Feder.
Aus der CH-PS 582429 ist eine Schwenkvorrichtung bekannt, die für die Schwenkbewegung einer Radarantenne um eine Mittellage mittels einer ausserhalb des Schwenklagers angreifenden, mit der Antenne verbundenen Schubstange verwendet wird. Dabei weist diese Schwenkvorrichtung einen bei seiner Eigenresonanzfrequenz schwingenden elektromechanischen Schwingankerantrieb auf, der zwei Elektromagnete, einen Schwinganker und eine Feder enthält. Diese bekannte Schwenkvorrichtung arbeitet in der Weise, dass bei aus seiner Mittellage ausgelenktem Schwinganker durch Schaltmittel ein abwechslungsweise jeweils einen der beiden Elektromagnete erregender Strom geschaltet wid.
Eine solche Antriebsvorrichtung ermöglicht Schwenkbewegungen mit vorgewählter, hoher Frequenzkonstanz zu realisieren, ist jedoch ungeeignet für Anwendungen mit variab ler Frequenz.
Zweck der vorliegenden Erfindung ist es nun, eine elektrische Schwenkvorrichtung zu schaffen, bei der eine Regelung der Frequenz möglich ist.
Die erfindungsgemässe Schwenkvorrichtung ist dadurch gekennzeichnet, dass zur Regelung der Schwingfrequenz des Schwingankers mindestens eine mit einer Halteimpulssequenz beaufschlagte, bei jeder Schwingung während einer vorbestimmten Zeit zumindest an einer der zwei Endlagen der Schwenkbewegung einen Stillstand des Schwingankers bewirkende Haltevorrichtung vorhanden ist, welche mit einem die Halteimpulssequenz erzeugenden Impulsgenerator verbunden ist, wobei die Impulsdauer der Halteimpulse grösser oderlzu- mindest angenähert gleich gross wie die Differenz zwischen der gewünschten Schwingperiode und der Eigenresonanzperiode des Schwingankers ist.
Eine solche Schwenkvorrichtung gestattet es, in einem breiten Schwingfrequenzbereich zu arbeiten, was für viele Anwendungen wünschenswert ist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Begrenzung der maximalen Schwenkauslenkung ein mechanischer Anschlag vorhanden sein, wobei die Begrenzung der Schwingamplitude ebensogut auch elektronisch durch Regelung des Antriebssystems erfolgen kann. Als Haltevorrichtung kann ein ortsfester Elektromagnet als Haltemagnet und ein entsprechendes, am Schwinganker befestigtes Gegenstück verwendet werden, wobei zudem im Falle eines gegen über der Polfläche des Haltemagnetes vorversetzten Anschla ges ein Luftspalt zwischen Elektromagnet und Gegenstück gebildet wird. Ein besonders günstiger Ort für den mechanischen Anschlag liegt zwischen den Schenkeln des Haltemagnets, da dies unerwünschte Verbiegungen des Schwing ankers weitgehend vermeidet.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung kann zur Verbesserung des Einschwingens des Schwingankers zusätzlich eine Einschwingvorrichtung mit einer über einen Verstärker mit einem die momentane Auslenkung des Schwingankers erfassenden Fühlelement verbundenen Antriebsspule vorhan den sein; diese Einschwingvorrichtung erlaubt in vorteilhafter Weise eine Auslenkung des Schwingankers aus seiner Mittellage in die Haltelage und reduziert zudem etwaige Schwin gungsdämpiungen.
Eine solche Schwenkvorrichtung kann beispielsweise in einer Zerhackereinrichtung zum Erzielen eines synchronisierbaren, periodischen Abdeckens des strahlungsempfindlichen Detektorfeldes eines radiometrischen Instrumentes verwendet werden, wodurch das strahlungsempfindliche Detektorfeld abwechslungsweise von einer gesammelten, auf dasselbe gerichteten Strahlung beleuchtet oder aber abgeschirmt wird.
Die Wirkungsweise eines derartigen radiometrischen Instruments ist beispielsweise aus dem Buch Handbook of Military Infrared Technology von W. L. Wolfe, Office of Naval Research Department of the Navy, Washington, S. 610 ff, mit der Ausnahme, dass als Zerhackereinrichtung eine rotierende, mehrere Schlitze aufweisende Scheibe vorgesehen ist, bekannt und braucht daher hier nicht näher beschrieben zu werden. Eine Zerhackereinrichtung dieser bekannten Art stellt jedoch hohe Anforderungen an die Genauigkeit der Scheiben, des Getriebes, der Lagerung der Drehteile und bezüglich der Vibrationsfreiheit der gesamten Antriebsvorrichtung und benötigt ausserdem verhältnismässig hohe Leistungen. Durch Verwendung der erfindungsgemässen Schwenkvorrichtung in der Zerhackereinrichtung eines solchen radiometrischen Instrumentes können in vorteilhafter Weise die erwähnten Nachteile vermieden werden.
Die erfindungsgemässe Schwenkvorrichtung eignet sich ausserdem in vorzüglicher Weise zum Antrieb von unterschiedlichsten Einrichtungen, in denen eine Schwenkbewegung erforderlich ist, beispielsweise als Antriebsvorrichtung für die Schwenkbewegung einer Radarantenne um eine Mittellage.
Die Erfindung wird nun durch Beschreibung von Ausführungsbeispielen anhand der Zeichnungen noch näher erläutert. Dabei zeigen:
Fig. 1 den prinzipiellen Aufbau der erfindungsgemässen Schwenkvorrichtung;
Fig. 2a den Verlauf des Schwingwinkels p, der Schwingkelle einer solchen Antriebsvorrichtung in Funktion der Zeit;
Fig. 2b den Verlauf des Synchronisierungsstromimpulses zur Synchronisierung derSchwenkbewegung;
Fig, 3 eine Anwendung der Erfindung in einemradio- metrischen Instrument mfteiner die erfindungsgemässe Schwenkvorrichtung aufweisenden Zerhackereinrichtung ZK;
Fig. 4 verschiedene Stellungen des Abdeckplättchens AP bezogen auf ein abzudeckendes Detektorfeld DF in der Zerhackereinrichtung eines radiometrischen Instrumentes und
Fig. 5 den Verlauf des Winkels der Endkante des Abdeckplättchens AP in Funktion der Zeit.
Die in Fig. 1 dargestellte Schwenkvorrichtung weist als Schwinganker eine Schwingkelle SK auf, die im wesentlichen aus einem mit einer einseitig festeingespannten, schwingfähigen Blattfeder BF von der Länge SO verbundenen Röhrchen RH besteht. Am freien Ende der Schwingkelle SK ist ein zum Abdecken des Detektorfeldes eines radiometrischen Instrumentes erforderliches Abdeckplättchen AP erkennbar. Zur reibungsarmen Lagerung der Schwingkelle SK ist es dabei von Vorteil, eine schwingfähige Blattfeder vorzusehen, mit der bekanntlich ein Schwingsystem hoher Güte erreicht wird.
Das Röhrchen RH ist in ein Eisenplättchen EP oder irgend ein anderes ferromagnetisches Plättchen eingesetzt, das seinerseits an einem mit der Blattfeder BF verbundenen Leichtmetall- oder Kunststoffhalter HL befestigt ist, der an dem mit der Blattfeder BF verbundenen Ende zwei bezüglich seiner Längsachse einander gegenüberliegende Dauermagnetplättchen PM aufweist. Seitlich in Schwingrichtung des Röhr chens RH befindet sich ein Haltemagnet HM, der auf sein aus dem Eisenplättchen EP bestehendes Gegenstück einwirkt.
Der Haltemagnet HM ist ein von einem Impulsgenerator IG über eine Magnetspule MS gesteuerte Elektromagnet. In
Schwingrichtung der Schwingkelle SK befindet sich in der einen Endlage ein Fühler PS und in der anderen Endlage ein elektromagnetischer Erreger TS. Der Fühler PS ist über einen Verstärker VS mit dem Erreger TS verbunden. Als
Fühler PS kann ein Elektromagnet, ein Optokoppler oder dergleichen, eingesetzt werden. Ein ortsfester Anschlag AG dient zur Begrenzung der Schwingbewegung der Schwing kelle.
Anhand einiger Beispiele wird nun die Wirkungsweise der in Fig. 1 dargestellten Schwenkvorrichtung näher erläu tert.
In einem ersten Beispiel wird eine Schwenkvorrichtung betrachtet, bei der kein Fühler, kein Verstärker; kein Erreger und auch kein Anschlag vorhanden sind. Schaltet man die
Magnetspule MS des Haltemagneten HM einer derartigen
Schwenkvorrichtung für eine vorbestimmte, im Prinzip wählbare, Zeitdauer T (Fig. 2a, b) gerade in dem Moment ein, in dem sich die Schwingkelle in der durch den Halte magnet HM bestimmten Endlage befindet, so wird auf das
Eisenplättchen EP der Schwingkelle SK eine Kraft ausgeübt, die dann besonders gross ist, wenn der Abstand zwischen dem
Eisenkern des Haltemagneten und dem Eisenplättchen EP klein ist; durch diese Kraft wird die Schwingkelle für die Zeit dauer z in dieser Endlage gehalten.
Somit lässt sich die
Schwenkvorrichtung mit einer Synchronisierfrequenz fs, das heisst mit der Wiederholungsfrequenz einer Halteimpulsse quenz aus dem Impulsgenerator IG synchronisieren; es gilt somit
1 1 Ts =fs= t + TR = T + fn fS worin fR die Eigenschwingfrequenz der Schwingkelle bedeu tet. In Fig. 2a ist der Schwingwinkel ç in Funktion der Zeit mit und ohne Synchronisierung dargestellt und Fig. 2b zeigt den Verlauf der Synchronisierimpulse. Dabei ist der Beginn des Synchronisierimpulses nicht kritisch, es muss lediglich gewährleistet sein, dass sich beim Umkehrpunkt der Schwingkelle im Haltemagnet HM eine genügend grosse Kraft aufge baut hat, um die Schwingkelle zu halten.
Am Ende des Synchronisierimpulses wird die Schwingkelle vom Haltemagnet freigegeben, um eine Schwingung definierter Grösse auszuführen und kehrt danach wieder zum Haltemagnet zurück.
Ist dieser Vorgang einmal synchronisiert, so bleibt die Schwingung aufrecht erhalten.
Zum Anlaufen der Schwingbewegung kann zu Beginn ein Erregerstrom durch die Magnetspule MS geschaltet werden, der grösser ist als der Erregerstrom im eingeschwungenen Zustand. Ebensogut kann aber auch die Schwingkelle auf mechanischem Wege in Endlage gebracht werden.
Als zweites Beispiel wird eine Schwenkvorrichtung betrachtet, die zusätzlich einen Anschlag AG enthält, durch den sich in Endlage der Schwingkelle ein Luftspalt zwischen Eisenplättchen EP und Haltemagnet HM bildet, wodurch das Abfallen der Schwingkelle SK am Ende des Synchronisierimpulses erleichtert wird. De Anschlag AG ist zu diesem Zwecke gegenüber der Polfläche des Haltemagneten HM vorstehend ausgebildet, so dass die Schwingkelle SK in Endlage den Anschlag AG und nicht die Polfläche des Haltemagneten HM berührt. Der auf diese Weise entstandene Luftspalt vermeidet mögliche nachteilige Hystereseeffekte des Magnetkerns, wie z. B. ein Kleben am Magnetkern.
Als drittes Beispiel wird eine Schwenkvorrichtung betrachtet, bei der nebst der Haltevorrichtung HM zusätzlich noch ein Verstärker, ein Fühler, sowie ein Erreger vorhanden sind, die eine Einschwingvorrichtung für die Schwingkelle SK und mit dieser zusammen ein selbstschwingendes System ergeben.
Ist die Schwingkelle in Bewegung, so wird infolge des dem Fühler PS gegenüberliegenden Dauermagnetplättchens PM eine Spannung induziert, die dem Verstärker VS zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Verstärkers VS speist eine auf einen U-förmigen Eisenkern aufgesetzte Erregerspule TS, die stromdurchflossen eine Kraft auf das der Polfläche gegenüberliegende Dauermagnetplättchen PM und damit auf die Schwingkelle SK ausübt. Ein selbständiges Einleiten des Schwingvorganges erfolgt im wesentlichen aus im erwähnten selbstschwingenden System entstehenden Rauscheffekten. Da wegen der hohen Güte des Systems die Frequenz des anregenden Signals der Resonanzfrequenz fR des Systems entspricht, wird die Schwingkelle in Schwingung versetzt, wobei die Schwingung schliesslich durch den Anschlag AG begrenzt wird.
Dabei ist die Winkelbewegung der Schwingkelle, bei der hohen Güte des mechanischen Schwingsystems, praktisch sinusförmig und unabhängig vom Verlauf des Antriebsstroms. Die sich bei nicht eingeschaltetem Haltemagnet einstellende Schwingfrequenz entspricht der Eigenfrequenz der Schwingkelle. Wegen der hohen Güte des mechanischen Schwingsystems ist die aufzuwendende Leistung für die Aufrechterhaltung der Schwingung sehr gering: für eine Schwing kelle von einer Länge von 90 mm beispielsweise etwa
100 mW.
Zur Synchronisierung einer bereits schwingenden
Schwingkelle braucht es für die drei betrachteten Fälle keine spezielle Massnahme, da infolge der Schwebung, die sich bei unterschiedlicher Resonanzfrequenz der Schwingkelle und der
Synchronisierfrequenz einstellt, immer wieder der Zeitpunkt eintritt, zu dem die Schwingkelle in Endlage kurz angehalten wird; von diesem Moment an ist dann die Schwenkvorrich tung synchronisiert. Die Synchronisierung erfolgt also automa tisch beim Einschalten der dem Haltemagnet HM zugeführ ten Synchronisierimpulse. Da die zeitliche Lage der Vorderflanke der Synchronisierimpulse nicht kritisch ist, braucht der Impulsgenerator IG nicht mit dem Verstärker VS synchro nisiert zu sein. Zur Leistungseinsparung kann zudem die Einschwingvorrichtung nach erfolgter Einschwingung abgeschaltet werden.
Ist die Eigenfrequenz der Schwingkelle nur wenig grösser als die Synchronisierfrequenz, so ist für den Haltemagneten die aufzuwendende Leistung sehr gering.
Ein Stromimpulsgenerator IG weist vorzugsweise eine möglichst steile Strom-Abschalteflanke auf, damit sich der Zeitpunkt des Freilassens der Schwingkelle durch den Haltemagneten HM möglichst genau definieren lässt. An Stelle des Dauermagnetplättchens PM können unter Verwendung eines überlagerten Gleichstromes an sich auch Plättchen aus einem weichmagnetischen Material und an Stelle der Eisenplättchen EP auch Permanentmagnetchen verwendet werden.
In dem in Fig. 3 dargestellten radiometrischen Instrument wird zum abwechselnden Abdecken und Freigeben eines Strahlungsdetektors SD und eines Referenzdetektors RD eine mit einem Abdeckplättchen AP versehene Schwenkvorrichtung ZK nach Fig. 1 verwendet. Der Ausgang des Strahlungsdetektors SD ist über einen allfälligen ersten Verstärker V1 mit einem ersten Eingang einer Auswerteschaltung AW und der Ausgang des Referenzdetektors RD über einen allfälligen zweiten Verstärker V2 mit dem zweiten Eingang der Auswerteschaltung AW verbunden.
Ein solches in Fig. 3 dargestelltes radiometrisches Instrument sei nachfolgend kurz erläutert. Der Strahlungsdetektor SD einerseits empfängt eine aus einer Strahlungsquelle gesammelte Strahlung Sr lediglich während denjenigen Zeitintervallen, in denen dies durch das vor dem Strahlungsdetektor schwingenden Abdeckplättchen AP nicht verhindert wird und wandelt die empfangene Strahlungsenergie in ein elektrisches Nutzsignal um. Selbstverständlich ist das Abdeckplättchen AP breiter als das abzudeckende strahlungsempfindliche Detektorfeld der Detektoren SD und RD.
Der Referenzdetektor RD andererseits empfängt eine aus einer Referenzstrahlungsquelle RQ einfallende Referenzstrahlung lediglich während denjenigen Zeitintervallen, in denen dies durch das vor dem Referenzdetektor schwingenden Abdeckplättchen AP nicht verhindert wird und wandelt die empfangene Referenzstrah lungsenergie ebenso in ein elektrisches Referenzsignal um.
Das Nutzsignal am Ausgang des Detektors SD wird in der Auswerteschaltung AW in bekannter Weise mit dem Referenzsignal verglichen. Anstelle der Referenzstrahlungsquelle RQ kann auch die Eigenstrahlung des durch die Raumtemperatur oder durch eine zusätzliche Wärmequelle aufgeheizten Abdeckplättchens AP verwendet werden. Die Bilder 4 und 5 zeigen, dass sich die Schwenkbewegung eines von einer erfindungsgemässen Schwenkvorrichtung bewegten Abdeckplättchens vorteilhaft zum periodischen Abdecken einer strahlungsempfindlichen Oberfläche in der Form eines Detektorfeldes DF eignet. Dabei entsprechen die in Fig. 4 gezeigten unterschiedlichen Stellungen a, b, c, d und e des Abdeckplättchens AP den Punkten A, B, C, D und E der in Fig. 5 dargestellten Kurvenform.
Da das Abdeckplättchen breiter ist als das zu überdeckende Detektorfeld DF, bleibt dieses somit während längerer Zeit vollständig bedeckt. Das Verhältnis der Zeitdauer tue vom Beginn der Überdeckung bis zum Ende der Überdeckung zur Zeitdauer tvue vom Beginn der vollständigen Überdeckung bis zum Ende der vollständigen Überdeckung ist, wie Fig. 5 zeigt, für den dargestellten Fall ausserordentlich günstig dank der bei der gewählten Endlage relativ flach verlaufenden Kurve B-C-D des Schwenkwinkels 4 in Funktion der Zeit.
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PATENT CLAIMS
1. Electrical pivoting device with a vibrating armature and a spring, characterized in that for regulating the vibration frequency (Ts -1) of the vibrating armature at least one is acted upon with a holding pulse sequence, for each vibration during a predetermined time (z) at least at one of the two end positions Pivoting movement causing a standstill of the oscillating armature holding device (HM) is present, which is connected to a pulse generator generating the holding pulse sequence, the pulse duration of the holding pulses being greater or at least approximately the same as the difference between the desired oscillation period (Ts) and the natural resonance period (tun ) of the oscillating armature (SK).
2. Pivoting device according to claim 1, characterized in that a stop (AG) is provided on the holding device side to limit the maximum pivoting deflection.
3. Swivel device according to claim 1 or claim 2, characterized in that the oscillating armature (SK) is verbun with an oscillating leaf spring (BF).
4. Pivoting device according to claim 1 or claim 3, characterized in that there is also a transient device with at least one drive coil (TS) connected via an amplifier (VS) to a sensing element (PS) that detects the momentary deflection of the oscillating armature.
5. Pivoting device according to claim 4, characterized in that after the oscillation has taken place, the oscillating device (VS, PS, TS) is switched off.
6. Use of the pivoting device according to patent claim 1, in a chopping device (ZK) to achieve a synchronizable periodic covering of the radiation-sensitive detector field of a radiometric instrument, whereby the radiation-sensitive detector field is alternately illuminated or shielded by a collected radiation directed at the same.
7. Use according to claim 6, characterized in that the oscillating armature (SK) for covering the detector field (DF) has a cover plate (AP) which is wider than the detector field (DF) to be covered.
The present invention relates to an electric swivel device with a swing armature and a spring.
From CH-PS 582429 a pivoting device is known which is used for the pivoting movement of a radar antenna about a central position by means of a push rod which acts outside the pivot bearing and is connected to the antenna. This pivoting device has an electromechanical oscillating armature drive which oscillates at its natural resonance frequency and which contains two electromagnets, an oscillating armature and a spring. This known pivoting device works in such a way that, when the oscillating armature is deflected from its central position, a current which alternately excites one of the two electromagnets is switched by switching means.
Such a drive device enables pivoting movements to be implemented with a preselected, high frequency constancy, but is unsuitable for applications with variable frequencies.
The purpose of the present invention is now to create an electrical swivel device in which a regulation of the frequency is possible.
The pivoting device according to the invention is characterized in that to regulate the oscillation frequency of the oscillating armature there is at least one holding device which is acted upon by a holding pulse sequence and which brings about a standstill of the oscillating armature for each oscillation during a predetermined time at least at one of the two end positions of the oscillating movement generating pulse generator is connected, wherein the pulse duration of the holding pulses is greater or at least approximately the same as the difference between the desired oscillation period and the natural resonance period of the oscillating armature.
Such a swivel device allows it to operate in a wide oscillation frequency range, which is desirable for many applications.
In a further embodiment of the invention, a mechanical stop can be present to limit the maximum swivel deflection, the oscillation amplitude being limited just as well electronically by regulating the drive system. As a holding device, a stationary electromagnet can be used as a holding magnet and a corresponding counterpart attached to the oscillating armature, with an air gap being formed between the electromagnet and the counterpart in the event of a stop positioned ahead of the pole face of the holding magnet. A particularly favorable place for the mechanical stop is between the legs of the holding magnet, since this largely avoids undesirable bending of the oscillating armature.
In a further embodiment of the invention, in order to improve the transient response of the oscillating armature, a transient device with a drive coil connected via an amplifier to a sensing element that detects the instantaneous deflection of the oscillating armature can also be IN ANY; this transient device advantageously allows deflection of the oscillating armature from its central position into the holding position and also reduces any vibration damping.
Such a pivoting device can be used, for example, in a chopping device to achieve a synchronizable, periodic covering of the radiation-sensitive detector field of a radiometric instrument, whereby the radiation-sensitive detector field is alternately illuminated or shielded by a collected radiation directed at the same.
The mode of operation of such a radiometric instrument is, for example, from the book Handbook of Military Infrared Technology by WL Wolfe, Office of Naval Research Department of the Navy, Washington, p. 610 ff, with the exception that the chopping device is a rotating disk with several slots is provided, known and therefore does not need to be described in detail here. A chopping device of this known type, however, places high demands on the accuracy of the disks, the gearbox, the mounting of the rotating parts and with regard to the freedom from vibrations of the entire drive device and also requires relatively high performance. By using the pivoting device according to the invention in the chopping device of such a radiometric instrument, the disadvantages mentioned can be avoided in an advantageous manner.
The pivoting device according to the invention is also particularly suitable for driving a wide variety of devices in which a pivoting movement is required, for example as a drive device for the pivoting movement of a radar antenna about a central position.
The invention will now be explained in more detail by describing exemplary embodiments with reference to the drawings. Show:
1 shows the basic structure of the pivoting device according to the invention;
2a shows the course of the oscillation angle p, the oscillating trowel of such a drive device as a function of time;
2b shows the course of the synchronization current pulse for synchronizing the pivoting movement;
3 shows an application of the invention in a radio-metric instrument with a chopping device ZK having the pivoting device according to the invention;
4 shows different positions of the cover plate AP in relation to a detector field DF to be covered in the chopper device of a radiometric instrument and
5 shows the course of the angle of the end edge of the cover plate AP as a function of time.
The pivoting device shown in FIG. 1 has a pivoting trowel SK as a pivoting armature, which essentially consists of a tube RH connected to a swingable leaf spring BF of length SO, which is firmly clamped on one side. A cover plate AP required to cover the detector field of a radiometric instrument can be seen at the free end of the vibrating trowel SK. For the low-friction mounting of the oscillating trowel SK, it is advantageous to provide an oscillating leaf spring with which, as is known, a high quality oscillating system is achieved.
The tube RH is inserted into an iron plate EP or some other ferromagnetic plate, which in turn is attached to a light metal or plastic holder HL connected to the leaf spring BF, which at the end connected to the leaf spring BF has two permanent magnet plates PM opposite one another with respect to its longitudinal axis having. To the side in the direction of oscillation of the tube RH is a holding magnet HM, which acts on its counterpart made of the iron plate EP.
The holding magnet HM is an electromagnet controlled by a pulse generator IG via a magnetic coil MS. In
The direction of oscillation of the vibrating scoop SK is a sensor PS in one end position and an electromagnetic exciter TS in the other end position. The sensor PS is connected to the exciter TS via an amplifier VS. When
Sensor PS, an electromagnet, an optocoupler or the like can be used. A stationary stop AG is used to limit the oscillating movement of the oscillating trowel.
Using some examples, the operation of the pivot device shown in Fig. 1 will now tert erläu.
In a first example, a swivel device is considered in which no sensor, no amplifier; no pathogen and no stop are present. If you switch the
Magnet coil MS of the holding magnet HM such
Pivoting device for a predetermined, in principle selectable, period of time T (Fig. 2a, b) just at the moment in which the vibrating trowel is in the end position determined by the holding magnet HM, it is on the
Iron plate EP of the rocking trowel SK exerted a force that is particularly large when the distance between the
Iron core of the holding magnet and the iron plate EP is small; this force keeps the vibrating trowel in this end position for the period z.
Thus, the
Pivoting device with a synchronizing frequency fs, that is, synchronize with the repetition frequency of a holding pulse sequence from the pulse generator IG; it is therefore true
1 1 Ts = fs = t + TR = T + fn fS where fR is the natural vibration frequency of the vibrating trowel. In Fig. 2a the oscillation angle ç is shown as a function of time with and without synchronization and Fig. 2b shows the course of the synchronization pulses. The beginning of the synchronization pulse is not critical, it just has to be ensured that at the reversal point of the vibrating trowel in the holding magnet HM, a sufficiently large force has built up to hold the vibrating trowel.
At the end of the synchronization pulse, the vibrating trowel is released by the holding magnet in order to carry out an oscillation of a defined size and then returns to the holding magnet.
Once this process has been synchronized, the oscillation is maintained.
To start the oscillating movement, an excitation current which is greater than the excitation current in the steady state can be switched through the magnet coil MS at the beginning. The vibrating trowel can also be brought into the end position mechanically.
As a second example, a swivel device is considered which also contains a stop AG, through which an air gap is formed between the iron plate EP and the holding magnet HM in the end position of the oscillating trowel, which facilitates the falling of the oscillating trowel SK at the end of the synchronization pulse. For this purpose, the stop AG protrudes from the pole face of the holding magnet HM, so that the oscillating trowel SK touches the stop AG in the end position and not the pole face of the holding magnet HM. The air gap created in this way avoids possible adverse hysteresis effects of the magnetic core, such as. B. sticking to the magnetic core.
As a third example, a swivel device is considered in which, in addition to the holding device HM, there are also an amplifier, a sensor and an exciter, which result in an oscillating device for the oscillating trowel SK and, together with this, a self-oscillating system.
If the vibrating trowel is in motion, a voltage is induced as a result of the permanent magnet plate PM lying opposite the sensor PS and is fed to the amplifier VS. The output signal of the amplifier VS feeds an excitation coil TS placed on a U-shaped iron core, which, with current flowing through it, exerts a force on the permanent magnet plate PM opposite the pole face and thus on the oscillating trowel SK. An independent initiation of the oscillation process takes place essentially from the noise effects arising in the self-oscillating system mentioned. Since, due to the high quality of the system, the frequency of the exciting signal corresponds to the resonance frequency fR of the system, the vibrating scoop is set in vibration, the vibration being finally limited by the stop AG.
With the high quality of the mechanical oscillation system, the angular movement of the vibrating trowel is practically sinusoidal and independent of the course of the drive current. The vibration frequency that occurs when the holding magnet is not switched on corresponds to the natural frequency of the vibrating trowel. Because of the high quality of the mechanical vibration system, the power required to maintain the vibration is very low: for a vibrating trowel with a length of 90 mm, for example
100 mW.
To synchronize an already vibrating
Vibrating scoop is not required for the three cases under consideration, because as a result of the beating that occurs at different resonance frequencies of the vibrating scoop and the
Synchronizing frequency sets, the point in time occurs again and again at which the vibrating trowel is briefly stopped in the end position; From this moment on, the Schwenkvorrich device is synchronized. The synchronization therefore takes place automatically when the synchronization pulses supplied to the holding magnet HM are switched on. Since the timing of the leading edge of the synchronization pulses is not critical, the pulse generator IG does not need to be synchronized with the amplifier VS. To save power, the transient device can also be switched off after the transient has taken place.
If the natural frequency of the vibrating trowel is only slightly higher than the synchronization frequency, the power required for the holding magnet is very low.
A current pulse generator IG preferably has a current cut-off flank that is as steep as possible, so that the time at which the vibrating trowel is released by the holding magnet HM can be defined as precisely as possible. Instead of the permanent magnet plate PM, using a superimposed direct current, it is also possible to use plates made of a soft magnetic material and instead of the iron plates EP, permanent magnets can also be used.
In the radiometric instrument shown in FIG. 3, a pivoting device ZK provided with a cover plate AP according to FIG. 1 is used for alternately covering and releasing a radiation detector SD and a reference detector RD. The output of the radiation detector SD is connected via a possible first amplifier V1 to a first input of an evaluation circuit AW and the output of the reference detector RD is connected to the second input of the evaluation circuit AW via a possible second amplifier V2.
Such a radiometric instrument shown in FIG. 3 will be briefly explained below. The radiation detector SD on the one hand receives radiation Sr collected from a radiation source only during those time intervals in which this is not prevented by the cover plate AP swinging in front of the radiation detector and converts the radiation energy received into a useful electrical signal. Of course, the cover plate AP is wider than the radiation-sensitive detector field of the detectors SD and RD to be covered.
The reference detector RD, on the other hand, receives a reference radiation incident from a reference radiation source RQ only during those time intervals in which this is not prevented by the cover plate AP oscillating in front of the reference detector and also converts the received reference radiation energy into an electrical reference signal.
The useful signal at the output of the detector SD is compared in the evaluation circuit AW in a known manner with the reference signal. Instead of the reference radiation source RQ, it is also possible to use the natural radiation of the cover plate AP, which is heated by the room temperature or by an additional heat source. Figures 4 and 5 show that the pivoting movement of a cover plate moved by a pivoting device according to the invention is advantageously suitable for periodically covering a radiation-sensitive surface in the form of a detector field DF. The different positions a, b, c, d and e of the cover plate AP shown in FIG. 4 correspond to points A, B, C, D and E of the curve shape shown in FIG.
Since the cover plate is wider than the detector field DF to be covered, it remains completely covered for a long time. The ratio of the time tue from the beginning of the overlap to the end of the overlap to the time period tue from the start of the complete overlap to the end of the complete overlap is, as FIG running curve BCD of the pivot angle 4 as a function of time.