DE1549811B1

DE1549811B1 - Anordnung zur umwandlung der koordinaten einer ueber eine flaeche bewegten sonde in elektrische signale

Info

Publication number: DE1549811B1
Application number: DE19671549811
Authority: DE
Inventors: Alfred Brian Edwin Ellis
Original assignee: Marconi Co Ltd
Current assignee: BAE Systems Electronics Ltd
Priority date: 1966-12-23
Filing date: 1967-12-19
Publication date: 1971-06-16
Also published as: FR1549719A; SE340370B; GB1167890A

Description

Die Erfindung betrifft eine Anordnung zur Um- Genauigkeit und die Zuverlässigkeit einer Anordnung Wandlung der Koordinaten einer über eine Fläche zur Umwandlung der Koordinaten einer über eine bewegten Sonde in elektrische Signale mit einer Fläche bewegten Sonde in elektrische Signale der Oberflächen-Widerstandsschicht, über die die Sonde eingangs genannten Art wesentlich zu verbessern, zur Aufnahme von Signalen bewegt wird, mit einer 5 Zur Lösung dieser Aufgabe sieht die Erfindung ersten Wechselspannungsquelle zur Einspeisung einer vor, daß die erste Wechselspannungsquelle an den Wechselspannung vorgegebener erster Frequenz in einen Streifen des ersten Kontaktstreifen-Paars eine ein erstes Kontaktstreifen-Paar, die zueinander par- Wechselspannung liefert, welche gegenüber der an allel verlaufen und an einander gegenüberliegenden den anderen Streifen des ersten Kontaktstreifen-Paars Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elek- io gelieferten Wechselspanung eine konstante Phasentrischem Kontakt mit derselben angeordnet sind, mit differenz aufweist, daß in gleicher Weise die zweite einer zweiten Wechselspannungsquelle zur Einspei- Wechselspannungsquelle an den einen Streifen des sung einer Wechselspannung mit einer von der ersten zweiten Kontaktstreifen-Paars eine Wechselspannung Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz in ein liefert, welche gegenüber der an den anderen Streifen zweites Kontaktstreifen-Paar, die zueinander parallel 15 des zweiten Kontaktstreifen-Paars gelieferten Wech- und zum ersten Kontaktstreifen-Paar in einem Win- selspannung eine konstante Phasendifferenz aufweist, kel verlaufen und an einander gegenüberliegenden daß das von der Sonde aufgenommene Signal in Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elektri- einem Filter in den beiden Frequenzkomponenten schem Kontakt mit derselben angeordnet sind, und entsprechende Teilsignale zerlegt wird, die getrennt mit einem Filter zur Trennung der verschiedenen in 20 jeweils einem Phasen-Diskriminator zugeführt werdiesem Signal vorhandenen Frequenz-Komponenten. den, welcher die jeweilige Phasenlage des Teilsignals Aus der USA.-Patentschrift 2 241544 ist eine An- in bezug auf die Phasenlage eines Referenzsignals Ordnung zur Umwandlung der Koordinaten einer ermittelt und eine dieser Phasendifferenz propor- ([ über eine Fläche bewegten Sonde in elektrische tionale Spannung erzeugt, welche als Maß für die Signale bekannt, bei welcher die Koordinaten der 25 Sonderkoordinate zur Anzeige gebracht wird. Lage der Sonde in jedem Zeitpunkt durch die Eine vorteilhafte Ausführungsform der Erfindung

Amplituden der von der Sonde aufgenommenen sieht vor, daß das erste Kontaktstreifen-Paar zu dem Signalanteile unterschiedlicher Frequenz dargestellt zweiten Kontaktstreifen-Paar senkrecht verläuft und werden, wobei die Arbeitsweise der Schaltung dar- daß die Streifen an den Kanten einer rechteckigauf basiert, daß die Amplitude des einen Kompo- 30 förmigen Fläche der Widerstandsschicht angeordnet nenten-Frequenzsignals von der Lage der Sonde in sind.

der einen und die Amplitude des anderen Kompo- Eine bevorzugte Weiterbildung der erfindungs-

nenten-Frequenzsignals in gleicher Weise von der gemäßen Anordnung wird dadurch erreicht, daß Lage der Sonde in der anderen Koordinatenrichtung die an den einen Streifen angelegte Wechselspannung abhängig ist. 35 gegenüber der an den gegenüberliegenden Streifen

In der Praxis wird das Ausgangssignal von der angelegten Wechselspannung eine Phasendifferenz Sonde gefiltert, und die beiden Frequenz-Komponen- von 90° aufweist.

ten werden getrennt, werden anschließend vonein- Ein wesentlicher Vorteil der erfindungsgemäßen

ander getrennt verstärkt und gleichgerichtet, wobei Vorrichtung gegenüber bisher bekannten Anordnundie resultierenden Gleichstromsignale für die Koor- 40 gen zur Umwandlung der Koordinaten einer über dinaten der Lage der Sonde repräsentativ sind. Diese eine Fläche bewegten Sonde in elektrische Signale Signale können in beliebiger Weise weiterverarbeitet resultiert aus der Tatsache, daß die Genauigkeit sowie werden, beispielsweise in einen Rechner eingegeben die Zuverlässigkeit der Vorrichtung nicht von der werden oder einer Abbildungsvorrichtung wie einer Signalamplitude abhängen, welche sich bei der Bewe- i Kathodenstrahlröhre zugeführt werden oder auch 45 _gung der Sonde über die Widerstandsschicht durch ' als Steuersignale dienen. verschiedenste Störeinflüsse unkontrolliert ändern

Die bekannte Vorrichtung besitzt zwei wesentliche kann. Das erfindungsgemäße System ist in seiner GeNachteile. Der erste Nachteil besteht darin, daß das nauigkeit ebenso wie in seiner Zuverlässigkeit ledig-Bereichsverhältnis der Amplituden jeder Frequenz, Hch von der Phase des aufgenommenen Signals das erzielt werden muß, wenn die Sonde in der zu- 50 abhängig, welche gemessen wird, so daß das Signal geordneten Koordinatenrichtung über ihren vollstän- verstärkt werden kann, bevor seine Phase gemessen digen Bewegungsbereich bewegt wird, ungünstig groß wird.

sein muß, wenn die Auflösung der Schaltung hin- Da die Phasenmessung mit an sich bekannten digi-

reichend gut sein soll. So muß beispielsweise das talen Methoden des Phasenvergleichs in besonders Amplitudenbereichsverhältnis mindestens 100 zu 1 55 einfacher Weise vorgenommen werden kann, liegt sein, wenn die Genauigkeit von l^e/o erzielt werden das Meßergebnis in digitaler Form vor, so daß die soll. Der zweite Nachteil ist darin zu sehen, daß die direkte Eingabe in eine digitale Datenverarbeitungs-Änderungen der Komponentensignal-Amplituden anlage vorteilhafte Möglichkeiten zur Weiterverardurch andere Ursachen als die Bewegung der Sonde. beitung bietet.

beispielsweise durch Änderungen des Abstandes der 60 Die Erfindung wird nachfolgend beispielsweise an Sonde von der Widerstandsschicht, über welche sie Hand der Zeichnung beschrieben, bewegt wird, die Genauigkeit nachteilig beeinflussen. Die Zeichnung zeigt ein vereinfachtes Blockschalt-

Derartige Änderungen des Abstandes der Sonde von bild einer Ausführungsform der Erfindung, der Widerstandsschicht können beispielsweise durch Das dargestellte Schaltbild zeigt eine an sich be-

Ungleichförmigkeit der Dicke der Isolierschicht, die 65 kannte Anordnung zur Umwandlung der Koordinaten normalerweise zum Schutz der Widerstandsschicht einer über eine Fläche bewegten Sonde in elektrische über dieser angeordnet ist, erzeugt werden. Signale mit einer Basisplatte A, z. B. eine Glasplatte,

Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, die die in einem für die Praxis typischen Fall eine qua-

dratische Platte mit einer Seitenlange von angenommen 25 cm sein kann, auf der eine dünne Schicht (nicht gesondert dargestellt) eines geeigneten Widerstandsmaterials aufgebracht ist. Die Verbindung zu dem Widerstandsmaterial wird mittels zweier Kontaktstreifen-Paare Zl-Z 2 und Yl-Y 2, die entlang den Seiten des Quadrates verlaufen, wobei die Streifen jedes Paares zueinander parallel sind, hergestellt. Die aufgebrachte Widerstandsschicht wird zu ihrem Schutz durch eine harte Isolierschicht abgedeckt, über welche eine Sonde P bewegbar ist, die mit der Widerstandschicht durch die Isolierschicht hindurch in jeder beliebigen Lage der Sonde kapazitiv gekoppelt ist.

Zwei Wechselspannungen verschiedener Frequenz /1 und /2 werden von Quellen 1 bzw. 2 geliefert. Die Spannung von der Quelle 1 wird direkt dem Streifen Xl und über einen 90 ^Phasenschieber 3 dem Streifen Z 2 zugeführt. In gleicher Art wird die Spannung von der Quelle 2 direkt dem Streifen Y1 und über einen 90 ^Phasenschieber 4 dem Streifen Y 2 zugeführt. Das von der Sonde P aufgenommene Ausgangssignal wird in seine beiden Komponentfrequenzen zerlegt. Dies geschieht durch frequenzselektive Verstärker 5 und 6, die für die Frequenzen /1 bzw. /2 selektiv sind. Das Ausgangssigna] von dem Verstärker 5 wird einem Phasen-Diskriminator oder -Detektor 7 zugeführt, dem auch ein Bezugsphasensignal zugeführt wird, das dem Signal an einem der Streifen Zl oder Z 2, wie dargestellt an dem Streifen Zl, entspricht. In gleicher Weise wird das Ausgangssignal von dem Verstärker 6 einem Phasen-Diskriminator oder -Detektor 8 zugeführt, dem ebenfalls ein Bezugsphasensignal zugeführt wird, das der Phasenlage des Signals am Streifen Fl entspricht. Die den Koordinaten der Sonde repräsentativen Signale erscheinen an den Ausgangsklemmen 9 und 10, wobei das an Klemme 9 abhängig von der Phasenlage des aufgenommenen Signals der Frequenz /1 und daher von der Lage der Sonde in Koordinatenrichtung Zl-Z 2 ist, während das an Klemme 10 abhängig von der Phasenlage des aufgenommenen Signals der Frequenz/2 und somit von der Lage der Sonde in Koordinatenrichtung Yl-Y 2 ist. Je nach Notwendigkeit können Verstärker und Amplitudenbegrenzer (nicht dargestellt) vorgesehen werden. Dies erfolgt nach bekannten Prinzipien, um sicherzustellen, daß die Phasen-Diskriminatoren so unabhängig wie möglich von den Eingangsamplituden und lediglich abhängig von den Phasenlagen des Eingangssignals arbeiten.

Wie leicht zu erkennen ist, werden die vorstehend genannten Fehler der bekannten Schaltungen durch die erfindungsgemäße Anordnung stark herabgesetzt, die außerdem den weiteren Vorteil zeigt, daß Phasenmessungen sich selbst für die digitale Weiterverarbeitung anbieten, so daß die Nutzsignale an den Klemmen 9 und 10 leicht so geformt werden können, daß sie digital vorliegen und somit für eine Direkteingabe in einen Rechner gut geeignet sind.

Claims

Patentansprüche:

1. Anordnung zur Umwandlung der Koordinaten einer über eine Fläche bewegten Sonde in elektrische Signale mit einer Oberflächen-Widerstandsschicht, über die die Sonde zur Aufnahme von Signalen bewegt wird, mit einer ersten Wechselspannungsquelle zur Einspeisung einer Wechselspannung vorgegebener erster Frequenz in ein erstes Kontaktstreifen-Paar, die zueinander parallel verlaufen und an einander gegenüberliegenden Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elektrischem Kontakt mit derselben angeordnet sind, mit einer zweiten Wechselspannungsquelle zur Einspeisung einer Wechselspannung mit einer von der ersten Frequenz verschiedenen zweiten Frequenz in ein zweites Kontaktstreifen-Paar, die zueinander parallel und zum ersten Kontaktstreifen-Paar in einem Winkel verlaufen und an einander gegenüberliegenden Seiten der Oberflächen-Widerstandsschicht in elektrischem Kontakt mit derselben angeordnet sind, und mit einem Filter zur Trennung der verschiedenen in diesem Signal vorhandenen Frequenz-Komponenten, dadurchgekennzeichnet, daß die erste Wechselspannungsquelle (1) an den einen Streifen (Z₁) des ersten Kontaktstreifen-Paars (Z₁, X₂) eine Wechselspannung liefert, welche gegenüber der an den anderen Streifen (Z₂) des ersten Kontaktstreifen-Paars gelieferten Wechselspannung eine konstante Phasendifferenz aufweist, daß in gleicher Weise die zweite Wechselspannungsquelle (2) an den einen Streifen (Y₁) des zweiten Kontaktstreifen-Paars (F₁, F.,) eine Wechselspannung liefert, welche gegenüber der an den anderen Streifen (F,) des zweiten Kontaktstreifen-Paars gelieferten Wechselspannung eine konstante Phasendifferenz aufweist, daß das von der Sonde aufgenommene Signal in einem Filter in den beiden Frequenzkomponenten (Z₁ und f.₂) entsprechende Teilsignale zerlegt wird, die getrennt jeweils einem Phasen-Diskriminator (7, 8) zugeführt werden, welcher die jeweilige Phasenlage des Teilsignals in bezug auf die Phasenlage eines Referenzsignals ermittelt und eine dieser Phasendifferenz proportionale Spannung erzeugt, welche als Maß für die Sondenkoordinate zur Anzeige gebracht wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das erste Kontaktstreifen-Paar (Z₁, Z₂) zu dem zweiten Kontaktstreifen-Paar (F₁, F₂) senkrecht verläuft und daß die Streifen an den Kanten einer rechteckförmigen Fläche der Widerstandsschicht angeordnet sind.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die an den einen Streifen (Z₁ bzw. F₁) angelegte Wechselspannung gegenüber der an den gegenüberliegenden Streifen (Z₂ bzw. F₂) angelegten Wechselspannung eine Phasendifferenz von 90° aufweist.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen COPY