DE1541933A1

DE1541933A1 - Resonator sowie Vorrichtung und Verfahren zur Veraenderung dessen Frequenz

Info

Publication number: DE1541933A1
Application number: DE19671541933
Authority: DE
Inventors: Baker Jun Hugh M
Original assignee: HB ENG CORP
Current assignee: HB ENG CORP
Priority date: 1966-07-15
Filing date: 1967-07-14
Publication date: 1969-10-23
Also published as: GB1198326A; GB1263376A; US3453464A

Description

H B Engineering Corporation, Silver Spring, Maryland / USA.

" Resonator sowie Vorrichtung und Verfahren zur Veränderung dessen Frequenz."

Die Erfindung betrifft Resonatoren und Filter. Die Erfindung betrifft weiter elektromechanische Resonatoren und Filter mit piezoelektrischer, magnetostriktiver und elektromagnetischer Ansteuerung.

Bei Frequenzen unterhalb von 20 KHz werden elektromechanische Filter und Resonatoren allgemein vor Kapazitäts- und

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Widerstandsnetzwerken oder Kapazitäts- und Induktivitätsnetzwerken vorgezogen, da sie hinsichtlich der Temperaturstabilität, der Frequenzselektivität, geringer Grosse und niedriger Kosten insgesamt am günstigsten sind.

Es sind viele Arten von elektromechanischen Resonatoren und Filtern bekannt. Am häufigsten werden für Frequenzen unterhalb von 20 kHz Stimmgabeln einfach eingespannte, belastete Balken und freiauskragende belastete Balken gewählt.

Jede dieser Vorrichtungen besitzt gewisse Nachteile hinsichtlich der Ausführung, der Herstellung oder der Arbeitsweise. Eine gemeinsame unerwünsche Eigenschaft besteht in der Reaktion, die in den Tragteilen auftritt. Demzufolge tritt bei unzureichender Sorgfalt hinsichtlich der Isolierung einer Resonatorvorrichtung von der anderen eine unerwünschte gegenseitige Beeinflussung zwischen ihnen auf, und zwar insbesondere wenn sie als Frequenzselektionsfilter wirken.

Eine andere, all diesen Vorrichtungen gemeinsame unerwünschte Eigenschaft liegt insbesondere, wenn sie mit einer hohen relativen Masse zur Erreichung niedriger Frequenz mit hoher Selektivität belastet sind, darin, dass sie durch die Lage ihrer Trageinrichtung infolge von Gravitationswirkungen nachteilig beeinflusst werden.

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Z.B. tritt bei einer Stimmgabel bei waagerechter Anordnung die Resonanz bei einer anderen Frequenz als bei senkrechter Anordnung auf.

Wenn die gewünschte Resonanzfrequenz sehr niedrig ist, •kommt der physikalischen Grosse aller drei Formen von Resonatoren eine grosse Bedeutung in Bezug auf die Frequenzselektivität zu. Die dann sehr grossen sich biegenden Teile werden durch das Umgebungsmedium, wie etwa Luft, Atmosphäre oder drgl. stark gedämpft. Somit ist es üblich, das Umgebungsmedium aus dem Behälter, in dem die Konstruktion angeordnet ist, zu evakuieren, damit ihre Frequenzselektivität verbessert wird. Sowohl der Resonator mit einfach eingespanntem Balken wie auch der frei auskragende Balken besitzen weiterhin teilweise geringe FrequenzSelektivität infolge der Dämpfung durch ein nichtsteifes Basisteil.

Fachleuten der Technik von elektromechanischen Resonatoren ist bekannt, dass die Frequenzselektivität allgemein verbessert wird, wenn der elastische Teil des Resonators steifer gemacht wird undeine Belastung zur Aufrechterhaltung einer gegebenen Frequenz hinzugefügt wird. Im allgemeinen wird die Frequenzselektivität des Resonators um einen Faktor verbessert, der der Quadratwurzel des Produktes aus Steifheit und der Belastung entspriaht.

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Bei dem Resonator mit einfach eingespanntem Balken und dem Resonator mit frei auskragendem Balken wird dies durch einen entsprechenden Verlust von Frequenzselektivität infolge von Dämpfungsverlusten in der Tragbasis aufgewogen.

Wegen ihrer verhältnismässig komplexen Form sind Resonatoren in Form von Stimmgabeln mit guter Temperaturstabilität aufwendiger herzustellen und schwieriger zu entwerfen und zu erzeugen, obgleich genügend Kenntnisse und Erfahrungen zur Erzeugung von Stimmgabeln mit dieser Qualität gesammelt wurden. Oft werden verschiedene Materialien laminiert, um eine Kombination von thermoelastischen Eigenschaften und kompensierenden Wärmeausdehnungseigenschaften zu erlangen.

Wegen der körperlichen Form eines Stimmgabelresonators muss grosse Sorgfalt darauf verwendet werden, eine Störung der Kompensationswirkungen dieser beiden Eigenschaften zu vermeiden, wenn die Abstimmgabel auf die gewünschte Frequenz nach ihrem Zusammenbau gebracht wird.

Bei Jeder Form eines mechanischen Resonators kann seine Resonanzfrequenz nur durch Veränderung der physikalischen Earameter der Konstruktion des Resonators verändert werden. Weil solche Einjustierungen allgemein schwierig und zeitraubend sind, sind sie ihrer Natur nach dauernd oder halbdauernd Es gibt viele Anwendungen, bei denen es vorteilhaft

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wäre, eine gesteuerte zeitweilige Verschiebung der Resonanzfrequenz leicht und schnell zu erzeugen. Es wäre insbesondere sehr vorteilhaft, wenn diese Verschiebung durch mi elektrische Einrichtungen ausgeführt werden könnte.

Zur Überwindung der obenangeführten Nachteile und zur Erlangung der unvorhergesehenen, überraschenden und gewünschten Ergebnisse gemäss Erfindung wie sie nachfolgend genauer beschrieben werden^ ist es ein Ziel der Erfindung einen mechanischen Resonator zu konstruieren, der piezoelektrisch, elektromagnetisch und magnetostriktiv angesteuert werden kann, während durch seine Lage keine nachteiligen Einflüsse entstehen, und wobei der Resonator im wesentlichen keine Reaktion auf die Halter.ungsbasis ausübt, und deshalb ein Resonator nur eine geringfügige Neigung besitzt, einen benachbarten Resonator ungünstig zu beeinflussen.

Es ist auch ein Ziel der Erfindung, einen mechanischen Resonator zu schaffen, der in Bezug auf Frequenzselektivität und Irequenzstabilität in Bezug auf Wärme einfach und billig zu entwerfen und zu konstruieren ist und einen hohen Grad von Frequenzselektivität bei geringen Abmessungen zu erreichen, ohne dass das Umgebungsmedium aus dem Behälter evakuiert werden muss, indem der Resonator angeordnet sein kann.

Nach einem anderen Ziel der Erfindung soll ein elektromechanischer Resonator konstruiert werden, der im wesent—

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Hohen keiner Beeinflussung durch Schwerkraft und Beschleunigung hinsichtlich der Resonanzfrequenz unterliegt.

Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine elektromechanische Resonatoranordnung geschaffen werden, die halbdauernd über einen bestimmten Bereich von Resonanzfrequenzen leicht und ohne Wegnehmen oder Hinzufügen von Materialien zu den belasteten oder biegsamen Bereichen der Vorrichtung eingestellt werden kann.

Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll eine Anordnung geschaffen werden, durch welche die Resonanzfrequenz jedes elektromechanischen Resonators zeitweise um einen gesteuerten Betrag leicht und schnell durch elektrische Einrichtungen verschoben werden.

Nach einem weiteren Ziel der Erfindung soll ein elektromechanischer Resonator geschaffen werden, dessen Grundgestalt die Form des Buchstaben "H" besitzt.

Nachfolgend sind anhand der Zeichnungen vorteilhafte Ausführungsbeispiele der Erfindung erläutert.

Fig. 1 zeigt eine perspektivische Ansicht einer Ausführungsform eines mechanischen Resonators, in dem die Verbesserungen nach der Erfindung verkörpert sind ;

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Fig. 2 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Resonator;

Fig. 3 zeigt eine schematische Darstellung der Relativstellungen von bestimmten Teilen des in Fig. 1 dargestellten Resonators, die diese während eines Schwingungszyklus e inne hmen;

Fig. 4- zeigt eine der Fig. 2 ähnliche Draufsicht, die aber eine andere Ausführungsform zeigt, bei der den in den Fig. 1 und 2 dargestellten Resonatoren ähnliche Resonatoren in Kaskade geschaltet sein können, um die Frequenzselektivität zu verbessern;

Fig. 5 zeigt eine perspektivische Ansicht des in Fig. 1 gezeigten Resonators, wobei aber sowohl eine bauliche Anordnung wie auch ein Verfahren zum elektrischen Abstimmen des Resonators durch Verwendung von zusätzlichen Wandlern gezeigt sind;

Fig. 6 zeigt eine Draufsicht auf den in Fig. 1 gezeigten Resonator und stellt eine andere Ausführungsform der baulichen Anordnung und des Verfahrens zum elektrischen Abstimmen des Resonators dar;

Fig. 7 zeigt eine perspektivische Ansicht einer typischen Abstimmgabel und zeigt die baulische Anordnung und das Verfahren zum elektrischen Abstimmen derselben, die ähnlich wie in Fig. 5 sind;

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Fig. 8 zeigt schliesslich eine Seitenansicht der in Fig.7 gezeigten Stimmgabel, wobei aber die bauliche Anordnung und das Verfahren zur elektrischen Abstimmung derselben, ähnlich wie in der Darstellung in Fig. 6 sind.

In den Fig. 1 und 2 ist eine neuartige Resonatorkonstruktion 10 gezeigt, die für eine Verwendung als Filter beschrieben wird. In dieser Eigenschaft besitzt der Resonator 10 bestimmte sehr erwünschte, überraschende und unvorhergesehene Eigenschaften, wobei eine Beschreibung später erfolgt. Es wird ausdrücklich darauf hingewiesen, dass der Resonator 10 eine Grundgestalt besitzt, die im wesentlichen die Form eines ¹¹H" besitzt. Der Resonator 10 ist dabei durch ein erstes langgestrecktes Teil 12 gebildet, das ein praktisch starrer Körper ist und eine LängserStreckung D besitzt, sowie durch ein zweites langgestrecktes Teil 14 gebildet, das ebenso ein praktisch starrer Körper ist. Die Teile 12 und 14 sind im wesentlichen gleich angeordnet und besitzen eine ähnliche LängserStreckung D.

Das erste Teil 12 und das zweite Teil 14 der Resonatorkonstruktion 10 sind parallel zueinander und in einer Entfernung d voneinander angeordnet.

Die Resonatorkonstruktion 10 weist weiter ein langgestrecktes

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drittes Teil 16 auf, welches sich zwischen den ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 der Resonatorkonstruktion 10 erstreckt und an Mittelbereichen 18 der beiden Teile befestigt ist.

Nur der Darstellung wegen sind das erste Teil 12 und das tweite Teil 14 der Eesonatorkonstruktion 10 mit rechteckigem Querschnitt gezeigt, wobei das dritte Teil 16 ein verhältnismässig grosses Oberflächengebiet besitzt. Selbstverständlich können jedoch andere Formen und Ausgestaltungen bei dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 sowie dem dritten Teil 16 der Resonatorkonstruktion -10 verwendet werden, ohne dass der Bereich der Erfindung verlassen wird.

Die Teile 12, 14 und 16 besitzen jedoch bestimmte physikalische Eigenschaften, bei denen angenommen wird, dass sie von Wichtigkeit sind, wie etwa: Die Masse von jedem der beiden Teile 12 und 14 sollte wesentlich grosser als die Masse des dritten Teiles 16 sein, die LängserStreckung D der Teile 12 und 14 sollte wesentlich grosser als die Erstreckung d des Abstandes zwischen ihnen sein, das Material, aus dem das erste Teil 12 und das zweite Teil 14 hergestellt ist, sollte einen verhältnismässig niedrigen Ausdehnungskoeffizienten besitzen, wobei das dritte Teil 16 aus einem Material mit isoelastischer Eigenschaft gebildet

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sein sollte, die Mittelbereiche 18 des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 ebenso wie auch des dritten Teils sollten in einer Ebene angeordnet sein, in der die Knotenachsen 20 des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 der Resonatorkonstruktion liegen, wobei die Achsen 20 Jeweils durch die Schnittlinie einer Längsebene, die entlang einer Hälfte der Breite B angeordnet ist und einer Querebene,die entlang der halben LängserStreckung D der Teile 12 und 14 angeordnet ist, gebildet werden.

Die Resonatorkonstruktion 10 ist weiter mit Wandlern 22 versehen, die nach Darstellung in Fig. 1 durch ein piezoelektrisches Material gebildet sind. Es können jedoch auch andere Wandler elektromagnetostriktiver oder elektromagnetischer Bauart verwendet werden, ohne dass von dem Gedanken der Erfindung abgewichen wird.

Die Wandler 22 können an dem dritten Teil 16 der Resonatorkonstruktion 10 auf irgendeine geeignete Weise befestigt werden. Nach der Darstellung wird ein Paar von Wandlern 22 verwendet, wobei auf jeder der entgegengesetzt liegenden Oberflächen des dritten Teils 16 der Resonatorkonstruktion 10 ein Wandler 22 angeordnet ist. In Abhängigkeit von der Art der verwendeten elektrischen Schaltung kann die Zahl der Wandler 22 verschieden sein, und gemäss der Erfindung ist ein Beispiel einer Filteranordnung mit 3 Anschlüssen,

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wie sie dargestellt ist, vorgesehen. Wenn eine Filterbauart mit zwei Anschlüssen verwendet werden soll, braucht nur ein einzelner Wandler 22 an dem dritten Teil 16 der Resonatorkonstruktion 10 befestigt zu werden.

Bei der Schaltung mit 5 Anschlüssen werden., wie es dargestellt ist, elektrische Signale an einen der Wandler durch einen Draht 24 angelegt, und die in dem anderen und auf der entgegengesetzten Seite des elastischen dritten Teils 16 angeordneten Wandlers 22 erzeugten Signals werden durch einen anderen Draht 26 abgenommen. Weil das elastische dritte Teil 16 zwischen den Wandlern 22 angeordnet ist, schafft dieses Teil 16 im wesentlichen eine elektrische Verbindung zwischen den Wandlern, und die in diesen erzeugten Signale werden durch einen Draht 28 abgenommen, wodurch das elektrische Netzwerk zu einer wirksamen Einrichtung mit 3 Anschlüssen gemacht wird.

Wenn das elektrische Signal durch den Draht 24 an das elastische dritte Teil 16 der Resonatorkonstruktion 10 angelegt wird, und die dem biegsamen dritten Teil 16 zugeordneten Wandler 22 während einer Halbperiode eine Lage annehmen,, wie sie in Fig. 3 durch das Bezugszeichen A bezeichnet ist, nehmen die praktisch atarren nicht biegsamen Teile 12 und 14 der Resonatorkonstruktion 10 infolge ihrer

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Verbindung mit dem Teil 16 eine Lage ein, wie sie durch das Bezugszeichen B bezeichnet ist. Während der zweiten Halbperiode des elektrischen Signals nimmt das elastische dritte Teil 16 eine Lage ein, wie sie durch das Bezugszeichen E in Fig. 3 bezeichnet ist. Dadurch gelangen die nicht biegsamen und praktisch starren Teile 12 und 14 der Resonatorkonstruktion 10 in Lagen, wie sie durch das Bezugszeichen 1 bezeichnet sind. In Fig· 3 sind die normalen oder ohne Einwirkung eingenommenen Lagen des ersten Teils 12, des zweiten Teils 14 und des dritten Teils 16 der Resonatorkonstruktion mit durchgezogenen Linien gezeigt. Ihre Jeweiligen Lagen während der einen Halbperiode sind mit gestrichelten Linien gezeigt, wobei der Bezug auf das dritte

Teil 16 durch das Bezugszeichen A und der Bezug auf das erste Teil 12 und das zweite Teil 14- durch das Bezugszeichen B genommen wird. Ebenso sind die Jeweiligen Lagen während der zweiten Halbperiode des elektrischen Signals gezeigt, wobei auf das dritte Teil 16 mit dem Bezugszeichen E und auf das erste Teil 12 und das zweite Teil mit dem Bezugszeichen F Bezug genommen wird·

Wenn das elektrische Signal an das elastische dritte Teil 16 der Resonatorkonstruktion 10 angelegt wird, wird eine Gegendrehungsschwingung in dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 der Resonatorkonstruktion 10 erzeugt. Diese

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erfolgt um die jeweiligen Knotenachsen 26. Durch die Gegendrehungsschwingung und infolge einer Drehverbindung 30, die später genauer beschrieben wird, und die zwischen der Resonatorkonstruktion 10 und einer Tragkonstruktion 32 vorgesehen ist, besteht keine Einwirkung auf die hin- und her erfolgende Echwingungsbewegung der praktisch starren und nicht biegsamen Teile 12 und 14, da die Teile 12 und in der Tat um ihre Drehverbindungen 30 entlang der Knotenachsen 20 das Gegengewicht halten.

Indem so alle verschiedenen Teile oder Bereiche der Resonatorkonstruktion um die Drehverbindungen 30, die mit den jeweiligen Knotenachsen 20 zusammenfalten ausgeglichen sind, wirken keine wirksamen Gravitationskräfte oder Einflüsse auf die Resonatorkonstruktion 10 gegen die Resonanzfrequenz ein, die dadurch geschaffen werden kann. Mit anderen Worten wird bei den niedrigen Frequenzen, die häufig von Interesse sind, und bei den jeweiligen gegebenen Eigenschaften und Merkmalen, die das erste Teil 12, das zweite Teil 14 und das dritte Teil betreffen, wie etwa die relativen Massen uasw., und aufgrund der Auswuchtung der biegsamen, jeweils praktisch starren Teile 12 und 14 um die Drehverbindungen im wesentlichen kein Einfluss durch irgendwelche Gravitationskräfte oder -einflüsse auf die Resonanzfrequenz der Resonatorkonstruktion 10 geschaffen.

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Weiterhin schaffen die Merkmale und die jeweilige Beziehung der Teile entsprechend der Offenbarung und der Beschreibung einen Zustand, in welchem eine Beschleunigung im wesentlichen keinen Einfluss auf die Resonanzfrequenz der Resonatorkonstruktion 10 besitzt.

Bei der Resonatorkonstruktion 10, wie sie hier beschrieben und offenbart ist, wird die sich ergebende Resonanzfrequenz durch die relative Steifheit des elastischen dritten Teils 16, die Masse wie auch das Trägheitsmoment der praktisch starren, nicht biegsamen Teile 12 und 14- um die Drehverbindungen bestimmt. In einer bevorzugten Ausführungsform oder Abwandlung der Resonatorkonstruktion 10 ist das elastische dritte Teil 16 vorzugsweise aus einem Material gebildet, das isoelastisch ist, d.h. ein Material, dessen elastische Eigenschaften geringstmöglich durch Temperaturänderungen beeinflusst werden. Ein solches Material ist etwa eine homogene Stahllegierung mit 30# Nickel und 10$· Chrom, wie sie in der USA-Patentschrift 1 763 853 beschrieben und offenbart ist. Die körperlich festen Teile 12 und 14 bestehen dabei aus einem Material mit einem niedrigen Ausdehnungskoeffizienten, wie etwa Invar oder bestimmte Glasmassen.

lür eine gegebene Resonanzfrequenz ist keines der sich be-

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wegenden Teile der Resonatorkonstruktion 10 verhältnismässig gross, und da die Gesamtstrecke der Bewegung jedes Teils der Resonatorkonstruktion 10 gering ist, sind die Dämpfungswirkungen der Umgebungsatmosphäre geringfügig. Wenn es wünschenswert ist, die DämpfungeWirkungen der Umgebungsatmosphäre noch weiter herabzusetzen, können die nicht biegsamen, praktisch starren Teile 12 und 14 mit einem kreisförmigen Querschnitt hergestellt werden, in denen sich die Knotenachsen 20 durch Mittellängslinien durch sie an einer Stelle erstrecken wurden, die bei der Hälfte der LängserStreckung gelegen ist, wobei die Knotenachsen senkrecht zu ihren Längsachsen verlaufen würden.

Durch die gegebene Beschreibung ist es für ein Hindurchschicken des elektrischen Signales durch die Resonator— konstruktion 10 ersichtlich, dass eine resultierende Resonanzfrequenz geschaffen wird. Unter bestimmten Bedingungen wird es sehr erwünscht sein, die sich ergebende Resonanzfrequenz ändern zu können. Damit die sich ergebende Resonanzfrequenz geändert werden kann, ist eine Konstruktion 34 vorgesehen, die tatsächlich halbdauernd, wirksam und leicht eine Änderung der Resonanzfrequenz der Resonatorkonstruktion 10 erlaubt.

Wie in Fig. 1 gezeigt ist, weist die Konstruktion 34- eine

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sich im wesentlichen längs erstreckende Bohrung 36 auf, die entlang der Längsachse des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 verläuft. In den Bohrungen sind in Längsrichtung im Abstand befindliche stöpselartige Teile 38 angeordnet, die in den jeweiligen Bohrungen etwa durch Pressoder Reibeinrichtungen oder auch Schrauben oder dgl. festgehalten werden. Durch die jeweilige Lage der stöpselartigen Teile 38 in Bezug auf die Knotenachsen 20 wird die Resonanzfrequenz der Resouatorkonstruktion 10 geändert,und infolge der Masse der stöpselartigen Teile 38 können die Trägheitsmomente des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 aufgrund der Lage der stöpselartigen Teile 38 in Bezug auf die jeweiligen Knotenachsen 20 geändert werden. Selbstverständlich sollten die stöpselartigen Teile 38 gleiche Masse besitzen und um eine gleiche Strecke von den jeweiligen Knotenachsen 20 entfernt sein, damit die Ausgleichung der Resonatorkonstruktion 10 aufrechterhalten wird.

Selbstverständlich kann eine den stöpselartigen Teilen 38 und der Bohrung 36 ähnliche Anordnung in geeigneter Weise bei Resonatoren wie etwa Stimmgabeln frei auskragenden Balken, sowie einigen Formen von einfach eingespannten Balken oder anderen ähnlichen mechanischen Resonatoren verwendet werden, um wirksam ihre Resonanzfrequenz durch Änderung des Trägheitsmomentes auf eine ähnliche Weise zu ändern, wie sie mit Bezug auf das erste Teil 12 und das

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zweite Teil 14 der Resonatorkonstruktion 10 beschrieben wurde·

Die Tragkonstruktion 32 kann entsprechend der Darstellung ein Bodenteil 40 aufweisen, von dem paarweise angeordnete Stützen 42 wegragen. Dabei ist ein Paar neben dem ersten Teil 12 und ein anderes Paar neben dem zweiten Teil 14 der Resonatorkonstruktion 10 angeordnet, wobei das Teil 12 und das Teil 14 jeweils zwischen einem Paar der Stützen 42 angeordnet sind.

Eine drehbolzenartige Verbindungseinrichtung 44 erstreckt sich zwischen einem Paar zusammengehörigen Stützen 42, wobei die Verbindungseinrichtung 44 jeweils durch die Knotenachsen 20 der entsprechenden Teile 12 und 14 der Resonatorkonstruktion 10 verläuft. Die drehbolzenartigen Verbindungseinrichtungen 44 unterteilen die Drehverbindung 30 zum Tragen der Reaonatorkonstruktion 10, wobei das erste Teil und das zweite Teil 14 der Konstruktion sich in einem ausgewuchteten Zustand befinden.

In Fig.. 4 ist eine andere Ausführungsform oder Abwandlung gemäss Erfindung gezeigt, bei der eine bessere Selektion einer Resonanzfrequenz gewünscht ist. Bei dieser Ausführungsform sind mehrere Resonatorkonstruktionen 10 vorgesehen, die in kaskadenartiger Beziehung zueinander angeordnet sind.

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Es sei darauf hingewiesen, dass die drehbolzenartigen Verbindungeeinrichtungen 44 für benachbarte Resonatorkonstruktionen 10 gemeinsam sind, und dass somit die Bewegung von einer Resonatorkonstruktion 10, die mit der nächsten benachbarten Resonatorkonstruktion 10 gekoppelt werden soll, ermöglicht wird. Selbstverständlich ist die Anordnung von Resonatorkonstruktionen 10 in kaskadenartiger Beziehung zueinander nicht auf die Anzahl zwei beschränkt, und durch Erhöhung der Anzahl von zu verwendenden Resonatorkonstruktionen 10 tritt eine entsprechende Verbesserung hinsichtlich der Resonanzfrequenzselektivität auf. Weiterhin können die Resonatorkonstruktionen 10, die entsprechend der Darstellung in kaskadenartiger Beziehung angeordnet sein können, elektrisch ohne mechanische Kopplung, elektrisch und mechanisch gekoppelt, oder mechanisch gekoppelt sein, um eine bestimmte Frequenzselektivitätcharakterisik zu erhalten.

In den Fig. 5 bis 8 sind bestimmte Ausführungsformen einer Vorrichtung und eines Verfahrens zur Änderung der bestehenden Resonanzfrequenz eines Resonators gezeigt» Der Resonator 10 in Fig. 5 besitzt gleiche Bezugszeichen für gleiche Teile, wie der in den Fig. 1 und 2 gezeigte Resonator .

Die Resonatorkonstruktion 10 wird - wie schon beschrieben durch den externen Schaltkreis betrieben, der durch den

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Draht 24 angeschlossen ist. Der Draht 24 ist an einem Wandler 22 befestigt, der als piezoelektrisches Plättchen dargestellt ist. Dabei besitzt die Resonatorkonstruktion 10 eine sich ergebende Resonanzfrequenz, für die aus den bereits angegebenen Gründen eine Änderung wünschenswert sein kann.

Eine Vorrichtung 46 ist zur Veränderung der sich ergebenden Resonanzfrequenz der Resonatorkonstruktion 10 vorgesehen. Die Vorrichtung 46 weist wenigstens einen Wandler 48 und vorzugsweise ein Paar von zusätzlichen Wandlern 48 auf, die entsprechend der Darstellung die Form von piezoelektrischen Plättchen besitzen. Die zusätzlichen Wandler 48 sind dabei an dem körperlich biegsamen dritten Teil 16 der Resonatorkonstruktion 10 befestigt. Es ist eine geeignete Verdrahtung 50 zur Schaffung einer Schaltung vorgesehen, die ein in Reihe zu einer Batterie oder einer Quelle elektrischer Energie 54 geschaltetes Potentiometer 52 aufweist, so dass eine Gleichstromspannung, die verändert werden kann, an die zusätzlichen Wandler 48 angelegt werden kann.

Nach Fig. 7 ist eine ähnliche Vorrichtung 46 bei einer herkömmlichen Stimmgabel 56 mit mehreren Zinken 58 angewendet, an denen die zusätzlichen Wandler 48 befestigt sind. Die Wandler 48 weisen eine Verdrahtung 50 auf,

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' durch die eine Schaltung mit dem Potentiometer 52 und der Quelle elektrischer Energie 54- geschaffen wird, wobei die Anordnung insgesamt der Schaltung in Pig. 5 ähnlich ist.

Da in Jeder mechanischen Resonatoreinrichtung eine Beziehung zwischen der sich ergebenden Resonanzfrequenz und der Steifheit des elastischen Teiles der Resonatorkonstruktion 10 besteht, kann die sich ergebende Resonanzfrequenz durch Änderung der relativen Steifheit des elastischen Teils von Teilen Je nach Pail verändert bzw. verschoben werden. Bei den Resonatorkonstruktionen 10 und 56, wie sie in den Pig. 5 und 7 dargestellt sind, bilden die in der Vorrichtung 46 verwendeten zusätzlichen Wandler 48 einen Teil der Jeweiligen elastischen Bereiche,oder Teile, d.h., des dritten Teils 16 und der Zinken 58, und tragen zur Verschiebung bzw. Veränderung ihrer relativen Steifheit bei. Wenn die Spannung der Schaltung der Vorrichtung 46, die von der Quelle elektrischer Energie 54 durch das Potentiometer und die Verdrahtung 50 zugeführt wird, über den zusätzlichen Wandlern 48 angelegt wird, dehnen sich die zusätzlichen Wandler 48 aus oder ziehen sich zusammen, entsprechend der Polarität und Grosse der angelegten Spannung, nämlich wie eie durch das Potentiometer 42 verändert sind.

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Durch Befestigung der zusätzlichen Wandler 48 an den körperlich biegsamen Bereichen oder Teilen 16 und 58 der Resonatorkonstruktionen 10 odea? 16, und zwar je nach Lage des Falles so, dass die zusätzlichen Wandler 48 an entgegengesetzt liegenden Flächen des betreffenden elastischen Teiles angeordnet sind, sind die zusätzlichen Wandler 48 bestrebt, sich in der gleichen Richtung in Abhängigkeit von einer gegebenen angelegten Spannung auszudehnen oder zusammenzuziehen und demgemäss die relative Steifheit des Teils oder des Teils 58 je nach Lage des Falles zu erhöhen oder zu verringern, und zwar in Abhängigkeit von der Änderung der Spannung der Quelle elektrischer Energie 54, wenn verschiedene Polaritäten von ihr angelegt werden.

Durch die Verwendung der Vorrichtung 46 zur Veränderung bzw. Verschiebung der sich ergebenden Resonanzfrequenz einer Resenatorkonstruktion 10 kann die sich ergebende Resonanzfrequenz geändert bzw. verschoben werden, und zwar entsprechend der Grösae oder Polarität der Spannung, die von der Quelle elektrischer Energie 54 an. die zusätzlichen Wandler 48 angelegt werden kann.

Nach Darstellung in Fig.5 und Fig. 7 besitzt die Vorrichtung 46 als Bauteile piezoelektrische Blättchen, die die Wandler 48 bilden. Statt dessen kann es wünschenswert sein, dass die zusätzlichen Wandler 48 die Form eines

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Elektromagneten 60 besitzen, der entsprechend der Darstellung in den Fig. 6 und 8 zusammen mit der Vorrichtung 46 zur Änderung "bzw. Verschiebung der sich ergebenden Resonanzfrequenz von Resonatorkonstruktionen 10 und Abstimmgabeln 56 verwendet werden kann.

Nach Fig. 6 ist der Elektromagnet 60 zwischen dem ersten Teil 12 und dem zweiten Teil 14 der Resonatorkonstruktion angeordnet, wobei beide Teile praktisch starre Körper sind· Das elektromagnetische Feld des Elektromagneten 60 wird durch eine Spule 62 gesteuert, die durch eine Verdrahtung 50 an eine Quelle elektrischer Energie 54 und ein Potentiometer 52 angeschaltet ist.

Wenn der Strom von der Quelle elektrischer Energie durch das Potentiometer 52 für die Spule 62 erhöht wird, wird durch eine solche Erhöhung des Stromes die Einwirkung des magnetischen Feldes erhöht. Dadurch wird eine Belastung oder Spannung auf die Endbereiche des ersten Teils 12 und des zweiten Teils 14 der Resonatorkonstruktion 10 übertragen, und diese Belastung oder Vorspannung beeinflusst und somit verändert und steuert die relative Elastizität des dritten Teils 16 wirksam und ändert somit seine Steifheit. Dementsprechend kann die sich ergebende Resonanzfrequenz der Resonatorkonstruktion 10 entsprechend

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dem dureh den Elektromagneten 60 fliessenden Strom beeinflusst bzw. verändert werden. Ähnlich kann entsprechend Fig. 8 der Elektromagnet 60 zwischen den Zinken 58 einer Resonatorkonstruktion angeordnet werden, die die Form einer Stimmgabel 56 besitzen kann. Wenn Strom durch die Spule 62 der Vorrichtung 46 fliesst, so wird die Elastizität der Zinken 58 beeinflusst und somit ihre sich ergebende Resonanzfrequenz verändert bzw. gesteuert.

Die Veränderung des elektromagnetischen Feldes der Vorrichtung 46, wie sie in Fig. 8 dargestellt ist, durch Veränderung des Stromes von der Quelle elektrischer Energie 5^ durch das Potentiometer 52 ergibt eine Änderung der Spannung der Zinken 58» wodurch somit ihre relative Steifheit geändert wird. Infolge der Änderung der Steifheit ist eine entsprechende Änderung der Resonanzfrequenz der Stimmgabel 5& vorhanden.

Die Erfindung wurde anhand von bestimmten Ausführungsbeispielen, die für die Praxis angenommen wurden, gezeigt und beschrieben. Der ßchutzbereich der Erfindung ist jedoch nicht auf die bestimmten hier gezeigten Ausführungsformen beschränkt, vielmehr fallen auch andere mögliche Ausführungsformen und Ausführungsbeispiele in den Schutzbereich der Ansprüche·

Patentansprüche :

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Claims

Patentansprüche :

!. Resonator, dadurch gekennzeichnet, dass er im wesentlichen eine "H"-förmige Gestalt besitzt.
2. Resonator, dadurch gekennzeichnet, dass er ein erstes langgestrecktes, praktisch starres erstes Teil aufweist, ein zweites langgestrecktes, praktisch starres Teil aufweist, das im wesentlichen neben und allgemein parallel zu dem ersten Teil angeordnet ist, und dass er ein längliches, elastisches drittes Teil aufweist, das Jeweils mit einem mittleren Teil des ersten und zweiten Teile verbunden ist.
3. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass auf dem dritten Teil ein Wandler angeordnet ist.
4. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass ein Wandler auf Oberflächen des dritten Teiles angeordnet ist, die zueinander entgegengesetzt liegen.
5. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste und das zweite Teil aus einem Material mit einem verhältnismässig geringen Ausdehnungskoeffizienten und das dritte Teil aus einem Material mit isoelastischen Eigenschaften gebildet ist.

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6. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil und das zweite Teil mit mehreren Massen versehen sind, welche in Längsrichtung in Bezug auf das jeweilige Teil einstellbar sind.
7. Resonator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Tragkonstruktion, welche den Resonator im wesentlichen frei von Gravitationseinflüssen trägt, die seine Resonanzfrequenz nachteilig beeinflussen.
8. Resonator nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine Tragkonstruktion, welche den Resonator so trägt, dass die sich ergebende Frequenz des Resonators im wesentlichen frei von Beeinflussungen infolge Beschleunigung ist.
9. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das erste Teil und das zweite Teil des Resonators einander das Gegengewicht halten.
10. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass Dreheinrichtungen vorgesehen sind, deren Längsachsen durch die Knotenachsen des ersten und des zweiten Teilis verlaufen,
11. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Masse des ersten Teils und die Masse des zweiten Teils jeweils im wesentlichen grosser als die des dritten Teils sind.

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12. Resonator nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Länge des ersten Teils und des zweiten Teils im wesentlichen grosser als der Abstand zwischen ihnen ist.
13· Resonator mit einer Resonanzfrequenz, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator wenigstens ein läi&iches Teil und eine Konstruktion zur Veränderung der Resonanzfrequenz des Resonators besitzt, wobei die Konstruktion eine Materialmasse aufweist, die einstellbar an den langgestreckten Teil für eine Längsbewegung relativ zu diesem angeordnet ist.
14. Resonator nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass das langgestreckte Teil mit einer sich im allgemeinen längs erstreckenden Bohrung versehen ist, und dass die Masse innerhalb der Bohrung angeordnet ist.
15· Vorrichtung zur Verbesserung der Resonanzfrequenzselektivität, dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung mehrere Resonatoren aufweist, die in kaskadenartiger Beziehung zueinander angeordnet sind, und dass Jeder Resonator eine im wesentlichen "H"-förmige Gestalt besitzt.
16. Vorrichtung zur Veränderung der Resonanzfrequenz eines Resonators, dadurch gekennzeichnet, dass der Resonator wenigstens ein elastisches Teil aufweist, und dass

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wenigstens ein Wandler in einer Lage angeordnet ist, in der er die Bewegung der praktisch starren Teile beein-.flussen kann.
17. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass sich der Wandler in Berührung mit den praktisch starren Teilen des Resonators befindet.
18. Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass der Wandler in Abstand in Bezug auf den elastischen Teil des Resonators angeordnet ist,
19· Vorrichtung nach Anspruch 16, dadurch gekennzeichnet, dass eine Quelle elektrischer Energie an den Wandler geschaltet ist, und dass eine Konstruktion zur Veränderung der dem Wandler zugeführten elektrischen Energie vorgesehen ist.
20. Verfahren zur Veränderung des Resonators mit wenigstens einem elastischen Bereich, dadurch gekennzeichnet, dass wenigstens ein Wandler in einer Lage zur Beeinflussung der Bewegung des elastischen Bereichs angeordnet ist, dass eine Quelle elektrischer Energie für den Wandler vorgesehen ist, und dass die dem Wandler zugeführte elektrische Energie änderbar ist.

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