DE2602226A1 - Synchronizing quartz oscillator of clock - by determining phase differences used to adjust system - Google Patents
Synchronizing quartz oscillator of clock - by determining phase differences used to adjust systemInfo
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Abstract
Description
Verfahren und Anordnung zur quarzgenauen SynchronisationProcedure and arrangement for precise quartz synchronization
eines mechanischen Schwingsystems Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur quarzgenauen Synchronisation eines mechanischen Schwingsystems, insbesondere des Gangreglers einer Uhr, bei dem ein aus der Bewegung des Schwingsystems abgeleitetes Ist-Signal in Phase und Frequenz mit durch Brequenzteilung aus einer Quarzoszillation abgeleiteten Takt impulsen verglichen wird und ein aus dieser Vergleich abgeleitetes Regelsignal zur elektromechanischen oder elektromagnetischen Beeinflussung der Frequenz des Schwingsystems verwendet wird. Weiter betrifft die :Erfindung eine Anordnung zur Durchführung dieses Verfahrens.of a mechanical oscillating system The invention relates to a method for precise quartz synchronization of a mechanical oscillating system, in particular of the rate regulator of a watch, in which a Actual signal in phase and frequency with frequency division from a crystal oscillation derived clock pulses is compared and a derived from this comparison Control signal for electromechanical or electromagnetic influencing of the frequency of the oscillation system is used. The invention further relates to an arrangement to carry out this procedure.
Es sind Quarzuhren mit analoger und digitaler Anzeige bekannt, bei denen ein Schrittmotor durch von einer Quarzoszillation durch Frequenzteilung abgeleitete llaktimpulse angesteuert wird, oder bei denen ein mechanisches Schwingsystem direkt synchronisirrt wird, indem die von der Quarzoszillation abgeleiteten Taktimpulse ein synchronisierendes Drehmoment auf das Schwingsystem ausüben.There are known quartz watches with analog and digital display which a stepper motor is derived from by frequency division of a crystal oscillation Actuating impulses are activated, or in which a mechanical oscillating system is activated directly is synchronized by the clock pulses derived from the crystal oscillation exert a synchronizing torque on the oscillating system.
Diese bekannten Synchronisationsverfahren können entweder höheren Qualitätsanforderungen nicht genügen oder ermöglichen bei der direkten Synchronisation nur einen geringen Mitnahmebemich von etwa + 1 min/d, so dass an das mechanische Schwingsystem bereits ziemlich hohe Genau;gkeitsanforderungen gestellt werden müssen.These known synchronization methods can either be higher Do not meet quality requirements or allow for direct synchronization only a small take-away of about + 1 min / d, so that the mechanical The oscillating system already has fairly high accuracy requirements.
Es wurde auch bereits ein Verfahren zur indirekten Synchronisation vorgeschlagen, bei welchem ein aus der Bewegung des mechanischen Schwingsystems abgeleitetes Ist-Signal in Phase und Frequenz mit den Quarztaktimpulsen verglichen wird und ein aus diesem Vergleich hergeleitetes Regelsignal zur Frequenzbeeinflussung des SGl.wingsystens verwendet wird. Nach einem Vorschlag erfolgt diese indirekte SynChronisation in einer Zwei-Punkt-@egelung. Dabei wird die Frequenz des mechanischen Schwingsystems solange so beeinflusst, dass sie einen höheren Wert als die Sollfrequenz annimmt, bis das Ist-Signal eine vorgegebene Phasenabweichung erreicht hat, worauf die Frequenzbeeinflussung des Schwingsystems auf eine unter der Sollfrequenz liegende Frequenz umgeschaltet wird, bis eine vorgegebené Phasenabweichung des Ist-Signals in entgegengesetzter Richtung erreicht ist. Durch diese indirekte Synchronisation kann ein e in sehr grosser Synchronisationsbereich von z.B. t 20 min/d erreicht werden. An die Ganggenauigkeit des mechanischen Schwingsystems müssen daher keine hohen Anfordeungen gestellt werden. Die ie indirekte Synchronisation eignet sich daher insbesondere auch für eine quarzgenaue Synchronisation von Grossuhrwerken wie Pendeluhren und Turmuhren, die besonders starken Gangschwankungen ausgesetzt sind.A method for indirect synchronization has also already been established proposed in which one from the movement of the mechanical oscillation system derived actual signal compared in phase and frequency with the crystal clock pulses and a control signal derived from this comparison for influencing the frequency of the SGl.wingsystens is used. According to a suggestion, this is done indirectly Synchronization in a two-point control. This is the frequency of the mechanical The oscillation system is influenced in such a way that it has a higher value than the setpoint frequency assumes until the actual signal has reached a predetermined phase deviation, whereupon the frequency influencing of the oscillating system on a frequency below the target frequency Frequency is switched until a specified phase deviation of the actual signal is reached in the opposite direction. Through this indirect synchronization a very large synchronization range of e.g. t 20 min / d can be achieved will. Therefore, there is no need for the accuracy of the mechanical oscillating system high demands will. Ie indirect synchronization is therefore particularly suitable for a quartz-precise synchronization of large clockworks such as pendulum clocks and tower clocks, which are exposed to particularly strong rate fluctuations are.
Bei der indirekten Synchronisation durch eine Zwei-Punkt-Regelung erfolgt die Frequenzbeeinflussung des mechanischen Schwingsystems stets in der Weise, dass die Ist-Frequenz abwech elnd nach oben oder nach unten von der Soll-Frequenz abweicht. Es ist daher ständig eine synchronisierende Beeinflussung des mechanischen Schwingsystems notwendig und insbesondre führt ein Ausfallen der Synchronisationsordnung zwangsläufig zu einer zunehmenden Gangabweichung des Uhrwerks.With indirect synchronization through a two-point control the frequency of the mechanical oscillation system is always influenced in such a way that that the actual frequency alternately upwards or downwards from the target frequency deviates. It is therefore always a synchronizing influence on the mechanical Oscillation system necessary and in particular leads to a failure of the synchronization order inevitably to an increasing rate deviation of the movement.
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren und eine Anordnung zur indirekten Synchronisation mechanischer Schwingsysteme zu schaffen, bei denen der Energiebedarf für die synchronisierende Bebinflussung minimal gehalten wird und wobei die Ganggenauigkeit möglichst auch bei einem Ausfall der Synchronisationsanordnung aufrechterhalten bleibt.The invention is based on the object of a method and an arrangement to create indirect synchronization of mechanical oscillating systems in which the energy requirement for the synchronizing control is kept to a minimum and the rate accuracy, if possible, even in the event of a failure of the synchronization arrangement is maintained.
Diese Aufgabe wird bei einem Verfahren der eingangs genannten Art erfindungsgemass dadurch gelöst, dass die Frequenzbeeinflussung kontinuierlich und proportional zur Abweichung von oer Soll-Frequenz erfolgt.This task is performed in a method of the type mentioned at the beginning solved according to the invention in that the frequency influencing is continuous and proportional to the deviation from the target frequency.
Das erfindungsgemasse Verfahren liefer,, eine indirekte Synchronisation des mechanischen Schwingsystems durch eine Proportional-Regelung. Diese Proportional-Regelung hat zur Folge, dass sich die Ist-Frequenz stets an die Soll-Frequenz annähert und ein Energiebedarf für die Regelung nur bei einer Abweichung von dieser Soll-Frequenz auftritt.The method according to the invention provides an indirect synchronization of the mechanical oscillation system by a proportional control. This proportional control has the consequence that the actual frequency always approaches the target frequency and an energy requirement for the regulation only in the event of a deviation from this target frequency occurs.
Zur Durchführung dieses Synchronisationsverfahrens eignet sich eine Anordnung mit einem Quarztaktgenerator, mit einer Phasenvergleichsstufe, deren Eingängüber einen Frequen,teiler die Gakt impulse des Generators einerseits und von dem mechanischen Schwingsystem abgenommene Ist-Signale andererseits zugeführt werden und deren Ausgang mit einem die Frequenz des Schwingsystems beeinflussenden Glied verbunden ist, wobei erfindungsgemäss das die Frequenz des Schwingsystems beeinflussende Glied durch das Ausgangss-,,nal der Phasenvergleichsstufe kontinuierlichl-erstellbar ist.A Arrangement with a quartz clock generator, with a phase comparison stage, whose inputs a frequency divider the Gakt impulses of the generator on the one hand and of the mechanical one Oscillating system picked up actual signals on the other hand are fed and their output is connected to a member influencing the frequency of the oscillating system, wherein according to the invention by the member influencing the frequency of the oscillating system the output signal of the phase comparison stage can be continuously generated.
Erfolgt die Frequenzbeeinflussung auf elektromechanischem Wege, in dem z.B. ein die Frequenz des Schwingsystems änderndes Glied durch einen Stellmotor mechanisch verschoben wird, so bleibt auch bei einem Ausfall der elektronischen Synchronisationsanordnung die Ist-Frequenz auf dem eingeregelten Wert der Soll-Frequenz, zumindest solange keine weitere auszuregelnde Gangabweichu:rlg auftritt.If the frequency is influenced electromechanically, in e.g. a member that changes the frequency of the oscillating system by means of a servomotor is moved mechanically, so remains even in the event of a failure of the electronic Synchronization arrangement the actual frequency on the regulated value of the target frequency, at least as long as no further rate deviation to be regulated occurs.
Erfolgt andererseits die synchronisierende Beeinflussung auf elektromagnetischem Wege durch in Beschleunigungsspulen erzeugte Magnetfelder, so ist zwar das Festhalten der Ist-Frequenz auf der Soll-Frequenz bei einem Ausfall der Synchronisationsanordnung nicht gewährleistet, andererseits hat diese Anordnung aber den Vorteil, dass keine mechanisch bewegten Teile erforderlich sind. Dadurch wird die Anordnung weitgehen-l wartungsfrei und besonders wenig störungsanfällig.On the other hand, the synchronizing influencing takes place on electromagnetic Paths through magnetic fields generated in acceleration coils, so is holding on the actual frequency at the nominal frequency in the event of a failure of the synchronization arrangement not guaranteed, but on the other hand this arrangement has the advantage that none mechanically moving parts are required. This will make the arrangement go far-1 maintenance-free and particularly not susceptible to faults.
Weitere vorteilhafte Merkmale und Ausgestaltungen der Erfindiu-ig sind in den Unteransprüchen angegeben.Further advantageous features and embodiments of the invention are specified in the subclaims.
Im folgenden wir d die Erfindung anhand von vorteilhaften Ausführungsbeispielen unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung näher erläutert. Es zeigen Fig. 1 in einem Blockschaltbild das Grundprinzip der indirekten Synchronisation eines Uhrwerks, Fig. 2 eine Schaltungsanordnung zur indirekten Synchronisation mit Proportional-Regelung gem.In the following we d the invention on the basis of advantageous embodiments explained in more detail with reference to the accompanying drawing. 1 shows in a block diagram the basic principle of the indirect synchronization of a clockwork, 2 shows a circuit arrangement for indirect synchronization with proportional control according to
der Erfindung, Fig. 3 die Schaltungsanordnung einer anderen Ausführungsform gem. der Erfindung, Fig. 4 die Anordnung der Beschleunigungsspulen der Schaltungsanordnung der Fig. 3, Fig. 5 eine Weiterbildung der Schaltungsanornung der Fig. 3, wobei nur die Teile der Schaltung dargestellt sind, die sich von der Schaltungsanordnung der Fig. 3 unterscheiden, Fig. 6 ein die Frequenz eines Uhrpendels beeinflussendes Glied gem. der Erfindung, Fig. 7 eine weitere Ausführu. gsform des die Frequenz eines Uhrpendels beeinflussenden Gliedes, Fig. 8 ein die Frequenz einer Unruh beeinflussendes Glied gem. der Erfindung, und Fig. 9 in Seitenansicht und in Draufsicht eine weitere Ausführungsform des die Frequenz einer Unruh beeinflussenden Gliedes. of the invention, Fig. 3 shows the circuit arrangement of another embodiment according to the invention, Fig. 4 shows the arrangement of the acceleration coils of the circuit arrangement 3, 5 show a further development of the circuit arrangement of FIG. 3, with only the parts of the circuit are shown which differ from the circuit arrangement of the Fig. 3 differentiate, Fig. 6 a member influencing the frequency of a clock pendulum according to the invention, FIG. 7 shows a further embodiment. form of the frequency of a Clock pendulum influencing member, Fig. 8 one influencing the frequency of a balance Member according to the invention, and FIG. 9 shows a further one in a side view and in a plan view Embodiment of the element influencing the frequency of a balance wheel.
In Fig. 1 ist allgemein das Prinzip der indirekten Synchronisation des mechanischen Gangreglers eines Uhrwerks schematisch in einem Blockschaltbild dargestellt. In einem Hochfrequenzquarztaktgenerator 1o werden durch einen Schwingquarz Taktimpulse äusserst stabiler Frequenz erzeugt. Diese Taktimpulse gelangen über einen Frequenzteiler 12 mit einer gewünschten Soll-Frequenz zu einer Phasenvergleichsstufe 14. Dieser Phasenvergleichsstufe 14 werden ausserdem Ist-Signale zugeführt, die in später zu beschreibender Weise von dem mechanischen Schwingsystem des Gangreglers eines Uhrwerks 16 abgenommen werden und somit die momentane tatsächliche Frequenz dieses Schwizigsystems darstellen. Weicht die Frequenz der Ist-Signale von der Frequenz der Soll-Signale ab, so führt dies zu einer Phasenverschiebung der Ist-Signale gegenüber den Soll-Signalen.In Fig. 1, the principle of indirect synchronization is general of the mechanical rate regulator of a clockwork schematically in a block diagram shown. In a high-frequency crystal clock generator 1o are made by an oscillating crystal Clock pulses generated with an extremely stable frequency. These clock pulses get over a frequency divider 12 with a desired target frequency to a phase comparison stage 14. This phase comparison stage 14 is also supplied with actual signals that in a manner to be described later by the mechanical oscillation system of the gear regulator a clockwork 16 can be removed and thus the instantaneous actual frequency represent this difficult system. The frequency of the actual signals deviates from the frequency of the setpoint signals, this leads to a phase shift of the actual signals the target signals.
Wird eine solche Phasenverschiebung in der Phasenvergleichsstufe 14 festgestellt, so liefert diese ein das mechanische Schwingsystem beschleunigendes oder verlangsamendes Regelsignal. Dieses Regelsignal wirkt in einer später noch zu beschreibenden Weise auf ein die Frequenz des Schwingsystems beeinflussendes Glied ein, wodurch sich die Synchronisation des Uhrwerks ergibt.If such a phase shift occurs in the phase comparison stage 14 found, this provides a mechanical oscillating system that accelerates or decelerating control signal. This control signal will have an effect later to be described in a manner influencing the frequency of the oscillating system Link, which results in the synchronization of the movement.
Die gesamte in Fig. 1 gestrichelt umrandete Anordnung kann einem bereit;s vorhandenen Uhrwerk mit mechanischem Gangregler nachträglich angefügt werden, so dass es möglich ist, ein solches Uhrwerk, beispielsweise das Grossuhrwerk einer Turmuhr nachträglich auf eine quarzgenaue Synchronisation umzurüsten. Es ist dazu lediglich eine Einrichtung zur Abnahme des Ist-Signals von dem Gangregler des Uhrwerks und ein die Frequenz des Gangreglers beeinflussendes Glied vorzusehen.The entire arrangement outlined in dashed lines in FIG existing clockwork with mechanical regulator can be added later, so that it is possible to have such a movement, for example the large clockwork of a Retrofitting the tower clock to a quartz-precise synchronization. It's about it only a device for taking the actual signal from the regulator of the clockwork and to provide a member influencing the frequency of the gear regulator.
In Fig. 2 ist eine Schaltungsanordnung angegeben, die ein Beispiel für die in Fig. 1 gestrichelt umrandeten Funktionselemente darstellt.In Fig. 2, a circuit arrangement is given, which is an example for the functional elements outlined in dashed lines in FIG. 1.
Ein nicht im einzelnen dargestellter Hochfrequenztaktgenerator 1o erzeugt in Verbindung mit einem als integrierte Schaltung ausgebildeten Frequenzteiler 12 bcispielsweise an dessen Ausgängen 18 und 20 zeitlich alternierende, positive Gaktimpulse von z.B. 31,6 ms Dauer und einer llaktfrequenz von z.B. o,5 Hz. Die beiden alternierenden Quarztaktimpulsfolgen werden den Eingängen zweier Transistoren 22 und 24 zugeführt, die zu einem als Phasenvergleichsstufe arbeitenden Differenzverstärker zusammengeschaltet sind.A high-frequency clock generator 1o not shown in detail generated in connection with a frequency divider designed as an integrated circuit 12, for example, at its outputs 18 and 20, time-alternating, positive Clock pulses of e.g. 31.6 ms duration and an output frequency of e.g. 0.5 Hz two alternating quartz clock pulse trains are the inputs of two transistors 22 and 24 fed to a differential amplifier operating as a phase comparison stage are interconnected.
Das zum Phasenvergleich mit den Quarztaktimpulsen erforderliche Ist-Signal wird von dem mechanischen Schwingsystem in einer später im einzelnen zu beschreibenden Weise abgenommen. In der Darstellung der Fig. 2 geschieht dies in der Weise, dass ein mit dem Schwingsystem, beispielsweise einem Uhrpendel, mechanisch gekoppelter Permanelltm gnet 26 bei seiner Schwingbewegung über eine Feldplatte 28 hinwegstreicht und in dieser dabei ein elextrisches Signal induziert.The actual signal required for phase comparison with the crystal clock pulses is of the mechanical oscillating system in a later to be described in detail Way removed. In the illustration of FIG. 2, this is done in such a way that one mechanically coupled to the oscillating system, for example a clock pendulum Permanent magnet 26 sweeps over a field plate 28 during its oscillating movement and induces an elextric signal in this.
Dieses Ist-Signal wird über Transistoren 30 und 32 verstärkt und zu einem Transistor 34 geführt, der als gemeinsamer veränderl kher Widerstand der Transistoren 22 und 24 in der Differenzverstärkerschaltul dient und entweder mit dem Transistor 22 oderimt dem Transistor 24 ein Serien-UND-Gatter bildet.This actual signal is amplified via transistors 30 and 32 and closed a transistor 34, which acts as a common variable resistance of the transistors 22 and 24 in the differential amplifier circuit is used and either with the transistor 22 or the transistor 24 forms a series AND gate.
Die Ausgangsanschlüsse der Transistoren 22 und 24 des Differenzverstärkers sind mit einem Speicherkondensator 36 verbunden, wobei das Ausgangs signal des Transistors 22 in einem Transistor 38 umgekehrt wird. Die Ausgangssignale der Transistoren 22 und 24 beeinflussen daher den Speicherkondensator 36 in entgegengesetzte, Richtung, so dass dessen Gleichspannung, die im Ruhezustand z.B. der halben stabilisierten Spannung (z.B. 5 V) entspricht, durch ein Ausgangs signal des Transistors 22 erhöht und durch ein Ausgangssignal des Transistors 24 verringert wird.The output terminals of transistors 22 and 24 of the differential amplifier are equipped with a storage capacitor 36 connected, the output signal of the transistor 22 in a transistor 38 is reversed. The output signals of the transistors 22 and 24 therefore influence the storage capacitor 36 in opposite directions, Direction, so that its DC voltage stabilized at rest e.g. half that Voltage (e.g. 5 V) corresponds to an output signal of the transistor 22 increased and is decreased by an output of the transistor 24.
Die Spannung des Speicherkondensators 36 wird dem einen Transistor 42 eines zweiten Differenzverstärkers 40 zugeführt. An den zweiten Transistor 44 dieses zweiten Differenzverstärkers 4o wird eine Vergleichsspannung angelegt, die von einem Rückmeldepotentiometer 46 abgegriffen wird, welches mit einem Stellmotor 48 gekoppelt ist, der in später zu beschreibender Weise auf ein die Frequenz des Schwingsystems beeinflussendes Glied einwirkt. Die vom Rückmeldepptentiometer 46 abgegriffene Spannung gibt somit die Stellung dieses die Frequenz beeinflussenden Gliedes weder.The voltage of the storage capacitor 36 becomes the one transistor 42 of a second differential amplifier 40 is supplied. To the second transistor 44 this second differential amplifier 4o is applied a comparison voltage which is tapped by a feedback potentiometer 46, which with a servomotor 48 is coupled, which in a manner to be described later on a the frequency of the Vibration system influencing member acts. The signals from the feedback pentiometer 46 the tapped voltage thus gives the position of this affecting the frequency Limb neither.
Ein in den gemeinsamen Emitteranschluss der Transistoren 42 und 44 eingeschalteter Transistor 50 rkt als "getastete Stromquelle " des Differenzverstärkers 40. Dieser Transist 50 wird durch einen Multivibrator mit den Transistoren 52 und 54 im Rhythmus der ful den als Stellmotor 48 gewählten Synchronmotor geeigneten Frequenz von z.i3. 60 Hz angesteuert.One into the common emitter terminal of transistors 42 and 44 Switched on transistor 50 acts as the "gated current source" of the differential amplifier 40. This transistor 50 is made by a multivibrator with the transistors 52 and 54 in the rhythm of the ful suitable synchronous motor selected as servomotor 48 Frequency of e.g. i3. 60 Hz driven.
Die Ausgänge der Transistoren 42 und 44 sind über Dransistoren 56 bzw. 60 mit Leistungstransistoren 58 bzw. 62 verbunden.The outputs of transistors 42 and 44 are through transistors 56 and 60 are connected to power transistors 58 and 62, respectively.
Durch die Leistungstransistoren 58 bzw. 62 werden Transformatoren 64 bzw. 66 gespeist, die den Stellmotor 48 jeweils in entgegengesetzter Drei,richtung antreiben.The power transistors 58 and 62 become transformers 64 and 66 fed, the servomotor 48 each in opposite three, direction drive.
Zur Spannungsversorgung der Schaltung dient ein Transistor 68, der in Verbindung mt; einer Zener-Diode 70 eine stabilisierte Gleichspannung von beispielsweise 5 V erzeugt.A transistor 68, the in connection with mt; a Zener diode 70, a stabilized DC voltage of, for example 5 V generated.
Durch diese Spannungsstabilisierung wird gleichzeitig eine Rückwirkung der Leistungstransistoren 58 und 62 auf die Phasenvergleichsstufe verhindert.This voltage stabilization also has a retroactive effect of the power transistors 58 and 62 prevented to the phase comparison stage.
Mit Hilfe von weiteren Tranistoren 72 und 74 wird aus dieser stabilisierten uleichspannung von z.B. 5 V eine hochstabilisierte Gleichspannung von z.B. 1,5 V erzeugt, mit der der Quarztaktimpulsgenerator 10 und der Frequenzteiler 12 gespeist werden. Dadurch ist eine höchstmögliche Frequenzkonstanz der Quarztaktimpulse gewährleistet.With the help of further transistors 72 and 74 this is stabilized A low voltage of e.g. 5 V means a highly stabilized direct voltage of e.g. 1.5 V. generated with which the quartz clock pulse generator 10 and the frequency divider 12 are fed will. This ensures the highest possible frequency constancy of the crystal clock pulses.
Die Wirkungsweise der in y 2 dargestellten Schaltungsanordnung ist folgende Im Sollzustand, d.h. bei richtiger Frequenz des mechanischen Schwingsystems, sind zunächst die zwei Trsrm storen 22 und 24 der Phasenvergleichsstufe gesperrt, da das an dem Transistor 34 ankommende Ist-Signal zeiLlich zwischen den alternierend an den Prarsistoren 22 und 24 ankommenden Quarztaktimpulsen liegt. In diesem Zustand besitzt der Speicherkondensator 36 daher eine Ruhespannung von z.B. 2,5 V.The mode of operation of the circuit arrangement shown in y 2 is The following In the target state, i.e. with the correct frequency of the mechanical oscillating system, the two Trsrm are initially blocked 22 and 24 of the phase comparison stage, since the actual signal arriving at transistor 34 alternates between the two on the prarsistors 22 and 24 incoming quartz clock pulses is located. In this condition the storage capacitor 36 therefore has an open-circuit voltage of, for example, 2.5 V.
Die am Rückmeldepotentiometer 46 abgegriffene Spannung beträgt ebenfalls etwa 2,5 V, so dass bei geeigneter Einstellung des veränderlichen Emitterwiderstands 76 des zweiten Differenzverstärkers 40 die Leis@ungstransistoren 58 und 62 keinen Strom ziehen.The voltage tapped at the feedback potentiometer 46 is also about 2.5 V, so that with a suitable setting of the variable emitter resistance 76 of the second differential amplifier 40 does not have power transistors 58 and 62 Draw electricity.
äusseren Ändert sich nun infolge voi Einflüssen die Frequenz des mechanischen Schwingsystems, so verschiebt sich das am Transistor 34 ankommende Ist-Signal gegenüber den an den Transistoren 22 und 24 ankommenden Quarztaktimpulsen. Je nach Erhöhung oder Erniedrigung der Ist-Frequenz und der damit verbundenen Richtung der Phasenänderung des Ist-Signals in Bezug auf die Quarztaktimpulse kommt es dabei zu einer zeitlichen Koinzidenz des Ist-Signals mit einem der beiden Quarztaktimpulse an den Transistoren 22 bzw. external changes the frequency of the mechanical oscillation system, the arriving at transistor 34 shifts Actual signal compared to the quartz clock pulses arriving at transistors 22 and 24. Depending on the increase or decrease in the actual frequency and the associated direction the phase change of the actual signal in relation to the crystal clock pulses occurs to a temporal coincidence of the actual signal with one of the two crystal clock pulses at the transistors 22 resp.
24.24.
Erfolgt diese Koinzidenz z.B. mit dem an dem Granmstor 22 ankommenden-Quarztaktimpuls, so wird der Speicherkondensator 36 über den Umkehrtransistor 38 auf eine höhere Spannung, z.B. auf 2,7 V aufgeladen. Dies hat zur Folge, dass der Transistor 42 des zweiten Differenzverstärkers 40 beim Aufsteuern des Transistors 50 einen grösseren Kollektorstrom zieht. Dadurch wird der Beistungstransistor 58 im Rhythmus der Frequenz des Multivibrators 52, 54 periodisch durchgeschaltet. Uber den Transformator 64 wird der Stellmotor 48 dadurch so weit gedreht, bis diese Phasenabweichung korrigiert ist und das Rückmeldepotentiometer 46 eine entsprechend grössere Spannung von z.B. ebenfalls 2,7 V liefert, so dass der Stellmotor 48 wieder abgeschaltet wird.If this coincidence occurs e.g. with the quartz clock pulse arriving at the Granmstor 22, so the storage capacitor 36 is set to a higher value via the reversing transistor 38 Voltage, e.g. charged to 2.7 V. As a result, the transistor 42 of the second differential amplifier 40 when the transistor 50 is turned on a larger one Collector current draws. As a result, the auxiliary transistor 58 is in the rhythm of the frequency of the multivibrator 52, 54 switched through periodically. Via the transformer 64 the servomotor 48 is thereby rotated until this phase deviation is corrected and the feedback potentiometer 46 has a correspondingly greater voltage of e.g. also supplies 2.7 V, so that the servomotor 48 is switched off again.
In entsprechender Weise führt eine Koinzidenz des Ist-Signals am Transistor 34 mit dem Quarztaktimpuls am Transistor 24 zu einem Absinken der Spannung des Speicherkondensators 36.A coincidence of the actual signal at the transistor results in a corresponding manner 34 with the quartz clock pulse on transistor 24 leads to a drop in the voltage of the storage capacitor 36.
Dies hat zur Folge, dass der UranLstor 44 des zweiten Differenzverstärkers 40 Strom zieht, der Leistungstransistor 62 im Rhythmus des Multivibrators durchgeschaltet wird und der Stellmotor 48 durch den Transformator 66 im entgegengesetzten Sinne gedreht wird. Hat auf diese Weise das Rückmeldepotentiometer 46 die niedrigere Spannung des Speicherkondensators 76 erreicht, wird der Stellmotor 48 abgeschaltet.This has the consequence that the uranium leakage 44 of the second differential amplifier 40 current draws, the power transistor 62 switched through to the rhythm of the multivibrator and the servomotor 48 through the transformer 66 in the opposite Senses is rotated. In this way, the feedback potentiometer 46 has the lower voltage of the storage capacitor 76 is reached, the servomotor 48 is switched off.
Eine andere Ausführungsform der Schaltungsanordnung für die Phasenvergleichsstufe und die Synchronisation durch Proportional-Regelung ist in Fig. 3 dargestellt.Another embodiment of the circuit arrangement for the phase comparison stage and the synchronization by proportional control is shown in FIG.
Wie bei der Schaltungsanordnung der Fig. 2 werden von dem Quarztaktgenerator 10 und dem angeschlossenen Frequenzteiler 12 zwei zeitlich alternierende Impulsfolgen mit positiver Polarität von den Ausgängen 18 und 20 abgenommen. Diese B-piilsfolgen werden der Phasenvergleichsstufe zugeführt, die aus zwei als UND-Gatter wirkenden Transistoren 80 und 82 besteht.As in the circuit arrangement of FIG. 2, the crystal clock generator 10 and the connected frequency divider 12 two time-alternating pulse trains removed from outputs 18 and 20 with positive polarity. These B-piilssequences are fed to the phase comparison stage, the two acting as AND gates Transistors 80 and 82.
Die Quarztaktimpulse werden den Emittern der lrnrsistoren 80 und 82 zugeführt, während den Basen dieser Transistoren das Ist-Signal zugeführt wird, welches beispielsweise wie in der Schaltung der Fig. 2 von einer Feldplatte abgenommen werden kann oder von einer Indukti@@sspule, wobei diese Induktionsspule, wie es bei der Schaltung der Fig 3 dargestellt ist, auch eine der später zu beschreibenden Beschleunigungsspulen sein kann. Bei der Schaltung der Fig.3 wird das durch das mechanische Schwingsystem in der Induktionsspule erzeugte Ist-Signal über Transistoren 84 und 86 verstärkt, bevor es an die Basen der UND-Gatter 80 und 82 gelangt.The crystal clock pulses become the emitters of the errors 80 and 82 fed, while the actual signal is fed to the bases of these transistors, which, for example, as in the circuit of FIG. 2, is removed from a field plate can be or from an induction coil, this induction coil as it is shown in the circuit of FIG. 3, also one of those to be described later Accelerator coils can be. In the circuit of Fig. 3 this is indicated by the mechanical oscillating system in the induction coil generated actual signal via transistors 84 and 86 before it gets to the bases of AND gates 80 and 82.
Im Sollzustand, wenn das Ist-Signal zeitlich zwischen den Quarztaktimpulsen liegt, sind die zwei Transistoren 80 und 82 gesperrt. Weicht jedoch die Frequenz des mechanischen Schwingsystems von der Soll-Frequenz ab, so führt dies zu einer Phasenverschiebung des Ist-Signals gegenüber den Quarztaktimpulsen, bis das Ist-Signal zeitlich mit einem der Quarztaktimpulse in dem Transistor 80 bzw. 82 koinzidiert.In the target state when the actual signal occurs between the crystal clock pulses is, the two transistors 80 and 82 are blocked. However, the frequency deviates of the mechanical oscillating system from the target frequency, this leads to a Phase shift of the actual signal compared to the crystal clock pulses until the actual signal coincides in time with one of the crystal clock pulses in transistor 80 or 82, respectively.
Ist die Frequenz des mechanischen Schwingsystems zu gross, d.h. geht das Uhrwerk zu schnell, so entsteht beispielsweise diese Koinzidenz in dem UND-Gatter-ransistor 80. Durch-diese Koinzidenz wird der Transistor 80 geöffnet und ein Speicherkondensator 88 impulsartig auf eine positive Spannung aufgeladen. Die positive Spannung des Speicherkondensators 88 öffnet einen Transistor 9o eines Verstärkerkanals, der wiederum nachgeschaltete Transistoren 92 und 94 dieses Verstärkerkanals öffnet. Der Kollektorstrom des I eistungstransistors 94 fliesst durch eine Beschleunigungsspule 96 und erzeugt in dieser ein Magnetfeld. Dieses Magnetfeld beeinflusst das mechanische Schwingsystem z.B. über einen mit diesem gekoppelten Permanentmagneten in der Weise, dass die Schwiiing dieses Schwingsystems verlangsamt wird In der in Fig. 3 dargestellten Schaltung ist die Beschleunigungsspule 96 gleichzeitig die Induktionsspule, von der das Ist-Signal abgenommen wird.If the frequency of the mechanical oscillation system is too high, i.e. it works If the movement is too fast, this coincidence occurs, for example, in the AND gate transistor 80. This coincidence opens the transistor 80 and a storage capacitor 88 charged to a positive voltage in pulses. The positive tension of the Storage capacitor 88 opens a transistor 9o of an amplifier channel, which in turn downstream transistors 92 and 94 of this amplifier channel opens. The collector current of the power transistor 94 flows through an acceleration coil 96 and generates in this a magnetic field. This magnetic field influences the mechanical oscillation system e.g. via a permanent magnet coupled to it in such a way that the The oscillation of this oscillation system is slowed down in that shown in FIG. 3 Circuit, the acceleration coil 96 is also the induction coil, from from which the actual signal is picked up.
Weicht die Frequenz des mechanischen Schwingsystems von der Soll-Frequenz nach niedrigen Werten ab, d.h. geht das Uhrwerk zu langsam, so entsteht an dem UND-Gatter-Uransistor 82 die Koinzidenz zwischen dem Ist-Signal und dem Quarztaktimpuls. Durch diese Koinzidenz wird in entsprechender Weise, wie oben beschrieben, ein Speicherkondensator 98 impulsartig auf eine positive Spannung aufgeladen. Dadurch werden ein Transistor 100 und nachgeschaltete Transistoren 102 und 104 eines zugehörigen Verstärkerkanals geöffnet.If the frequency of the mechanical oscillating system deviates from the target frequency after low values, i.e. if the clockwork runs too slowly, a uranium transistor is produced at the AND gate 82 the coincidence between the actual signal and the crystal clock pulse. As a result of this coincidence, a storage capacitor is created in a corresponding manner, as described above 98 impulsively charged to a positive voltage. This will make a transistor 100 and downstream transistors 102 and 104 of an associated amplifier channel opened.
Der Kollektorstrom des Beistungstransistors 1o4 fliesst durch eine zweite Beschleunigungsspule 1o6, deren Magnetfeld beschleunigend auf die Schwingung des Schwingsystems einwirkt, so dass auch in diesem Falle die Synchronisation in Form einer Proportional-Regelung erreicht wird.The collector current of the auxiliary transistor 1o4 flows through a second acceleration coil 1o6, whose magnetic field accelerates the oscillation of the oscillating system acts, so that in this case too the synchronization in Form of a proportional control is achieved.
Wie in der Schaltung der Fig. 2 kann auch bei der Schaltung der Fig. 3 durch Transistoren 108 und 110 eine hochstabilisierte Gleichspannung von beispielsweise 1,5 V für den Quarztaktgenerator und den Frequenzteiler erzeugt werden.As in the circuit of FIG. 2, in the circuit of FIG. 3 through transistors 108 and 110, a highly stabilized DC voltage of, for example 1.5 V can be generated for the crystal clock generator and the frequency divider.
Bei der Synchronisation von sehr sensiblen mechanischen Schwingsystemen, wie z.B. von Pendeluhren, kann bei der synchronisierenden Beeinflussung durch Beschleunigungsspulen eine Schwingungsdämpfung auftreten, da der mit dem Pendel mitschwingende Magnet in den Beschleunigungsspulen Wechselströme induziert. Um solche Induktionsströme und die damit verbundene Bedämpfung des Schwingsystems zu verhindern, ist es notwendig, die Beschleunigungsspulen mit Stromquellen mit hohem dynamischem Innenwiderstand zu betreiben.When synchronizing very sensitive mechanical oscillating systems, e.g. from pendulum clocks, can be influenced by the synchronizing influence of acceleration coils vibration damping occurs because the magnet oscillating with the pendulum induces alternating currents in the acceleration coils. To such induction currents and to prevent the associated damping of the oscillation system, it is necessary to the acceleration coils with power sources with high dynamic internal resistance to operate.
Dies wird bei der Schaltungsanordnung der Fig. 3 dadurch erreicht, dass die beiden Beistungstransistoren 94 und 104 mit hohen Emitterwiderständen 112 bzw. 114 sowie mit die Basisspannung begrenzenden Dioden 116 bzw. 118 versehen sind, wodurch der Kollektorstrom begrenzt und ein Absinken der Kollektor-Emitter-Gleichspannung unter den Wert der Sättigungsspannung verhindert wird.In the circuit arrangement of FIG. 3, this is achieved by that the two auxiliary transistors 94 and 104 with high emitter resistances 112 and 114 and provided with diodes 116 and 118, respectively, which limit the base voltage are, as a result of which the collector current is limited and the collector-emitter DC voltage drops below the value of the saturation voltage is prevented.
Vorteilhafterweise können die zwei Beschleunigungsspulen 96 und 106 in der in Fig. 4 dargestellten Weise gewickelt sein. Dabei ist zu beiden Seiten des mit dem mechanischen Schwingsystem verbundenen Permanentmagneten 120 eine bifilar auf einen gemeinsamen Kern gewickelte Spule vorgesehen. Die zwei Wicklungen der beiden Spulen sind dabei über Kreuz miteinander verbunden, so dass die eine der beiden Wicklungen der in Fig. 4 linken Spule, nämlich die Wicklung 96a zu der Beschleunigungsspule 96 und die andere, nämlich die Wicklung 1o6b zu der zweiten Beschleunigungsspule 106 gehört. Entsprechend gehört bei der in Fig. 4 rechten Spule die eine Wicklung 96b zur Beschleunigungsspule 96 und die andere 1o6a zur Beschleunigungsspule 1o6. Diese Anordnung und Wicklung der Beschle-i.nigungsspule hat den Vorteil, dass wegen der symmetrisc;hen Anordnung der beschleunigenden und der verlangsamenden Beschleunigungsspulen 96 bzw. 1o6 die Justierung der beiden Spulen in Bezug auf den mit dem Schwingsystem verbundenen Permanentmagneten 120 erheblich vereinfacht ist. Ausserdem ist durch diese Wicklungsart gewährleistet, dass beide Beschleunigungsspulen stets genau den gleichen Widerstand aufweisen.Advantageously, the two acceleration coils 96 and 106 be wound in the manner shown in FIG. This is on both sides of the permanent magnet 120 connected to the mechanical oscillating system is a bifilar Coil wound on a common core is provided. The two windings of the both coils are cross-connected so that one of the two windings of the coil on the left in FIG. 4, namely the winding 96a to the acceleration coil 96 and the other, namely the winding 1o6b to the second acceleration coil 106 heard. Correspondingly, one winding belongs to the coil on the right in FIG. 4 96b to the acceleration coil 96 and the other 1o6a to the acceleration coil 1o6. This arrangement and winding of the acceleration coil has the advantage that because of the symmetrical arrangement of the accelerating and decelerating acceleration coils 96 and 1o6 the adjustment of the two coils in relation to the one with the oscillating system connected permanent magnet 120 is considerably simplified. It is also through this type of winding ensures that both acceleration coils are always exactly the have the same resistance.
Eine Weiterbildung der in Fig. 3 dargestellten Schaltungsanordnung ist in Fig. 5 angegeben. In Fig. 5 sind lediglich die Teile der Schaltungsanordnung dargestellt, die sich von der Schaltungsanordnung der Fig. 3 unterscheiden.A further development of the circuit arrangement shown in FIG. 3 is indicated in FIG. 5. In Fig. 5 only the parts of the circuit arrangement are which differ from the circuit arrangement of FIG.
Bei der Schaltungsanordnung gem. Fig. 5 laden die Ausgangsimpulse der beiden UND-Gatter 80 bzw. 82 der Phasenvergleichsstufe ebenfalls Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 auf. An den Eingang der beiden Verstärkerkanäle 9o, 92, 94 bzw. 100, 102 , 104 sind jedoch im Gegensatz zur Schaltungsanordnung der Fig. 3 Feldeffekttransistoren 122 bzw.In the circuit arrangement according to FIG. 5, the output pulses load the two AND gates 80 and 82 of the phase comparison stage also have storage capacitors 88 and 98 respectively. At the input of the two amplifier channels 9o, 92, 94 or 100, However, in contrast to the circuit arrangement of FIG. 3, 102, 104 are field effect transistors 122 or
124 angeschlossen.124 connected.
Beim Nulldurchlauf des mechanischen Schwingsystems wird in den UND-Gattern 80 bzw. 82 der Phasenvergleichsstufe ein Ausgangssignal erzeugt, das die Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 impulsartig auflädt. Infolge des sehr hohen Eingang widerstandes der Feldeffekttransistoren 122 bzw. 124 bleibt die Ladespannung der Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 praktisch konstant, so dass auch der über die Verstärkerkanäle 9o, 92 , 94 bzw. 100, 102, 1o4 gesteuerte Gleichstrom durch die Beschleunigungsspulen 96 bzw. 106 konstant bleibt. Auf diese Weise bleibt die Grösse der Beschleunigung bzw. der Verzögerung des mechanischen Schwingsystems, beispielsweise des pendels einer Turmuhr konstant.When the mechanical oscillating system passes through zero, the AND gates 80 or 82 of the phase comparison stage generates an output signal that the storage capacitors 88 or 98 charges like a pulse. Due to the very high input resistance of the Field effect transistors 122 and 124 remain the charging voltage of the storage capacitors 88 or 98 practically constant, so that the output via the amplifier channels 9o, 92 , 94 or 100, 102, 1o4 controlled direct current through the acceleration coils 96 or 106 remains constant. In this way, the size of the acceleration or the delay of the mechanical oscillating system, for example the pendulum one Tower clock constant.
Nach etwa einer Schwingungsperiode des mechanischen Schwingsystems wird die Ladespannung der Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 gelöscht, indem ein diese Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 überbrückender Löschtransistor 126 bzw. 128 durch ein Löschsignal durchgeschaltet wird. Nach dieser Löschung der Lade spannung der Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 werden diese beim nächsten Nulldurchlauf des Schwingsystems aufgrund des neuen-Phasenvergleichs in der Phasenvergleichsstufe erneut impulsartig aufgeladen.After about one period of oscillation of the mechanical oscillation system the charging voltage of the storage capacitors 88 or 98 is deleted by a Storage capacitors 88 and 98 bridging erase transistors 126 and 128, respectively a clear signal is switched through. After this, the charging voltage of the Storage capacitors 88 and 98, respectively, become these at the next zero passage of the oscillating system again in a pulse-like manner due to the new phase comparison in the phase comparison stage charged.
Die zeitliche Steuerung dieses Vorgangs erfolgt beispielsweise durch drei hintereinander geschaltete, nicht dargestelle monostabile Multivibratoren. Der erste Multivibrator wird von dem von dem mechanischen Schwingsystem abgenommenen Ist-Signal angesteuert und bewirkt durch die geeignete Wahl seiner Zeitkonstanten, dass der Phasenvergleich in den UND-Gattern 80 und 82 zeitlich mit dem Nulldurchlauf des mechanischen Schwingsystems zusammenfällt.The timing of this process takes place, for example by three monostable multivibrators, not shown, connected in series. The first multivibrator is removed from the one from the mechanical oscillating system Actual signal is controlled and caused by the appropriate choice of its time constants, that the phase comparison in the AND gates 80 and 82 occurs in time with the zero crossing of the mechanical oscillation system coincides.
Dieser erste monostabile Multivibrator triggert den zweiten monostabilen Multivibrator, der wiederum den dritten monostabilen Multivibrator triggert. Vom Ausgang des zweiten Multivibrators werden die töschimpulse abgenommen, welche die Löschtransistoren 126 bzw. 128 durchschalten. Vom Ausgang des dritten Multivibrators werden schliesslich die UND-Gatter 80 und 82 angesteuert.This first monostable multivibrator triggers the second monostable Multivibrator, which in turn triggers the third monostable multivibrator. From the At the output of the second multivibrator, the quenching pulses that generate the Turn on erase transistors 126 and 128, respectively. From the output of the third multivibrator Finally, AND gates 80 and 82 are activated.
Durch diese Schaltungsanordnung wird erreicht, dass der Gleichstrom in den Beschleunigungsspulen für die Dauer einer Schwingungsperiode praktisch konstant bleibt. Die zeitliche Steurung sorgt dafür, dass keine Signalverzögerungen auftreten können, so dass Regelschwingungen mit Sicherheit vermieden werden. Ausserdem kann durch die zeitliche Steuerung mit Hilfe der monostabilen Multivibratoren erreicht werden, dass die Umladung der Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 im Bereich des Nulldurchlaufs des mechanischen Schwingsystems erfolgt, d.h. ausserhalb des Bereichs, in welchem die Beschleunigungspulen 96 bzw. 106 auf das Schwingsystem einwirken, da diese Beschleunigungsspulen an den Umkehrpunkten der Schwingbewegung angeordnet sind.This circuit arrangement ensures that the direct current practically constant in the acceleration coils for the duration of one oscillation period remain. The timing ensures that no signal delays occur can, so that control oscillations can be avoided with certainty. Also can achieved by timing with the help of the monostable multivibrators that the charge reversal of the storage capacitors 88 and 98 in the area of the zero crossing of the mechanical oscillation system, i.e. outside the range in which the acceleration coils 96 and 106 act on the oscillating system, since these acceleration coils are arranged at the reversal points of the oscillating movement.
SchlEr;slich würden sich magnetische Restfelder in den Beschleunigungsspulen im Nulldurchlauf des Schwingsystems in ihrer Kraftwirkung auf einen mitschwingenden PermanedH magneten kompensieren. Daher kann die Umladung der Speicherkondensatoren 88 bzw. 98 während des Nulldurchlaufs des Schwingsystems den Schwingungsvorgang nicht störend beeinflussen.Ultimately, there would be residual magnetic fields in the acceleration coils in the zero passage of the oscillation system in their force effect on you Compensate for the permanent magnets that vibrate with them. Therefore, the charge reversal of the storage capacitors 88 or 98 the oscillation process during the zero passage of the oscillation system do not interfere.
In den Fig. 6 bis 9 ist in verschiedenen Ausführungsbeispielen gezeigt, wie einerseits das Ist-Signal von dem mechanischen Schwingsystem abgenommen werden kann und wie andererseits das die Frequenz des mechanischen Schwingsystems beeinflussende Glied ausgebildet sein kann.In FIGS. 6 to 9 it is shown in various exemplary embodiments, how, on the one hand, the actual signal is picked up by the mechanical oscillating system can and how on the other hand that influencing the frequency of the mechanical oscillation system Link can be formed.
In Fig. 6 ist die indirekte Synchronisation eines Pendeluhrwerks dargestellt. An dem Pendelstab 130 ist quer zu dessen Achse ein stabförmiger Permanentmagnet 120 angebracht, der mit dem Uhrpendel mitschwingt. Zu beiden Seiten dieses Rabmagneten 120 ist im Bereich seiner Schwingungsumkehrpunkte jeweils ein Hufeisenmagnet 132 angeordnet. Diese HuSeisenmagnete 132 sind ortsfest angebracht, können jedoch symmetrisch und synchron zueinander kreisförmig in ihrer Ebene verschwenkt werden. Zum Verschwenken der Hufeisenmagnete 132 dient beispielsweise ein Zahnradgetriebe 134, wie es in Fig. 6 schematisch angedeutet ist. Der Drehwinkel der Hufeisenmagnete 132 betrugt je nach Dimensionierung des Magnetsystems und des Pendels etwa 60 bis qoO.In Fig. 6, the indirect synchronization of a pendulum clockwork is shown. A rod-shaped permanent magnet is attached to the pendulum rod 130 transversely to its axis 120 attached, which swings with the clock pendulum. On both sides of this rab magnet 120 is in each case a horseshoe magnet 132 in the area of its oscillation reversal points arranged. These iron magnets 132 are fixedly attached, but can be symmetrical and are pivoted circularly in their plane synchronously with one another. To swivel the horseshoe magnet 132 is used, for example, by a gear train 134, as shown in FIG Fig. 6 is indicated schematically. The angle of rotation of the horseshoe magnets 132 was depending on the dimensions of the magnet system and the pendulum, about 60 to qoO.
Wie aus der Darstellung der Fig. 6 hervorgeht, sind die Hufeisenmagnete 132 mit ihren Polen entgegengesetzt zueinander angeordnet, so dass bei einem Verschweken der Hufeisenmagnete 132 in einer Richtung, in der Darstellung der Fig. 6 nach unten, beide Hufeisenmagnete sicb mit denuigleichnamigen Polen dem Stabmagneten 120 nähern. Bei einem Verschwenken der Hufeisenmagnete 132 in entgegengesetzter Richtung, in Fig. 6nrch oben, nähern sich dagegen jeweils die gleichnamigen Pole von Hufeisenmagneten 132 und Stabmagnet 120. Das symmetrische Verdrehen der beiden Hufeisenmagnete 132 führt daher je nad? der Drehrichtung zu einem zunehmenden Abstossen des Stabmagneten 120 an den Umkehrpunkten liner Schwingbewegung und damit zu einer BesctiIsnigung dieser Schwingbewegung oder zu einem zunehmenden Anziehen des StaDmagneten 120 an den Umkehrpunkten seiner Schwingbewegung und damit zu einer Verlangsamung dieser Schwingbewegung.As can be seen from the illustration of Fig. 6, the horseshoe magnets 132 arranged with their poles opposite to one another, so that when pivoted of the horseshoe magnets 132 in one direction, as shown in FIG. 6 after below, both horseshoe magnets have the same poles as the bar magnet 120 approaching. When the horseshoe magnets 132 pivot in the opposite direction Direction, on the top in Fig. 6, on the other hand, the poles of the same name approach each other of horseshoe magnet 132 and bar magnet 120. The symmetrical twisting of the two Horseshoe magnets 132 therefore ever lead nad? the direction of rotation to an increasing push of the bar magnet 120 at the reversal points of a linear oscillating movement and thus to a Confirmation of this oscillating movement or an increasing attraction of the magnet 120 at the reversal points of its swinging movement and thus to a slowdown this swinging movement.
Das Verschwenken der Hufeisenmagnete 132 erfolgt über das Zahnradgetriebe 134 mittels eines am Uhrwerk angeordneten Stellmotors 48. Dieser Stellmotor kann beispielsweise durch eine Schaltungsanordnung angesteuert werden, wie sie in Fig. 2 angegeben ist. Diese Schaltungsanordnung ist in Fig. 6 schematisch mit 136 bezeichnet.The horseshoe magnets 132 are pivoted via the gear drive 134 by means of a servomotor 48 arranged on the clockwork. This servomotor can can be controlled, for example, by a circuit arrangement as shown in Fig. 2 is specified. This circuit arrangement is denoted schematically in FIG. 6 by 136.
Zur Versorgung der Schaltungsanordnung 136 kann ein vorgeschalteter elektrischer Energiespeicher 138, beispielsweise ein Akkumulator im Pufferbetrieb dienen, der von einem an das Stromnetz angeschlossenen Ladegerät 140 gespeist wird.To supply the circuit arrangement 136, an upstream electrical energy store 138, for example an accumulator in buffer mode serve, which is fed by a charger 140 connected to the mains.
Das Ist-Signal, das die tatsächliche Schwingungsfrequenz des Pendels 130 angibt, kann beispielsweise dadurch gewonnen werden, dass ein weiterer Stabmagnet 142 an dem Pendelstab 13-o angeordnet ist, der sich in geringem Abstand über einen asymmetrisch ortsfest angebrachten , magnetisch vorgespannten Feldplatten-Differential-Fühler 144 hinwegbewegt.The actual signal, which is the actual oscillation frequency of the pendulum 130 indicates can be obtained, for example, that a further bar magnet 142 is arranged on the pendulum rod 13-o, which is at a small distance over a asymmetrically fixed, magnetically prestressed field plate differential sensor 144 moved away.
Es ist auch möglich, den Stabmagneten 120 zur Erzeugung des Ist-Signals in dem Feldplatten-Fühler 144 zu verwenden, so dass der Permanentmagnet 142 entfallen kann. Beim nachträglichen Ausrüsten einer Pendeluhr mit der erfindungsgemässen Synchronisationsanordnung ergibt sich jedoch eine grössere Flexibilität, wenn für die synchronisierende Beeinflussung und die Gewinnung des Ist-Signals getrennte Magnete verwendet werden.It is also possible to use the bar magnet 120 to generate the actual signal to be used in the field plate sensor 144, so that the permanent magnet 142 is omitted can. When retrofitting a pendulum clock with the synchronization arrangement according to the invention However, there is greater flexibility if for the synchronizing influencing separate magnets are used to obtain the actual signal.
Bei der Anordnung der Fig. 6 ist es lediglich notwendig, den Stellantrieb und die Hufeisenmagnete sowie den Feldplatten-Fühler am Uhrwerk anzubringen. Die Synchronisationsschaltung 136 sowie deren Stromversorgung 138, 140 können dagegen an einem beliebigen anderen Ort untergebracht und mit den uhrwerkseitigen Einrichtungen durch abgeschirmte Leitungen verbunden sein, wie sie mit 146 angedeutet sind.In the arrangement of FIG. 6, it is only necessary to use the actuator and to attach the horseshoe magnets and the field plate sensor to the clockwork. the Synchronization circuit 136 and its power supply 138, 140 can, however housed in any other location and with the clockwork-side facilities be connected by shielded lines, as indicated by 146.
Die in Fig. 6 dargestellte Synchronisationsanordnung bewirkt keinerlei D-ämpfung des mechanischen Schwingsystems, die die Wirkleistung des Pendels verringert und dieses schliesslich zum Stillstand bringen würde. Die Schwingungsamplitude des Pendels wird vielmehr während der synchronisierenden Beeinflussung noch erhöht und bleibt im Sollzustand wenn Ist-Frequenz und Soll-Frequenz übereinstimmen, unverändert.The synchronization arrangement shown in FIG. 6 has no effect whatsoever Damping of the mechanical oscillating system, which reduces the effective power of the pendulum and would eventually bring it to a standstill. The oscillation amplitude of the Rather, the pendulum is still increased and during the synchronizing influence remains unchanged in the target state if the actual frequency and the target frequency match.
Es ist auch möglich, die Schwingungsamplitude des Pendels ständig positiv zu beeinflussen, indem eine zu langsame Schwingungsdauer des Pendels eingestellt wird, so dass dieses durch die Synchronisationsanordnung ständig beschleunigt wird.It is also possible to keep the oscillation amplitude of the pendulum constant positively influenced by setting a too slow oscillation period of the pendulum will, so this by the synchronization arrangement constantly is accelerated.
Die Synchronisatonsanordnung gem. Fig. 6 hat den Vorteil, dass bei einem evtl. Ausfall der Schaltungsanordnung 136 oder der Stromversorgung 138, 140 der bestehende Sollzustand erhalten bleibt, solange sich die Ist-Frequenz des Pendels nicht durch äussere Einflüsse ändert.The synchronization arrangement according to FIG a possible failure of the circuit arrangement 136 or the power supply 138, 140 the existing target state is retained as long as the actual frequency of the pendulum changes does not change due to external influences.
In Fig. 7 ist eine weitere Synchronisationsanordnung dargestellt, bei der das die Frequenz des Schwingsystems beeinflussende Glied durch Beschleunigungsspulen gebildet ist, die auf einen mit dem Schwingsystem mit schwingenden Permanentmagnet en einwirken.In Fig. 7 a further synchronization arrangement is shown, in which the link influencing the frequency of the oscillating system by means of acceleration coils is formed on a permanent magnet oscillating with the oscillating system have an effect.
In dem dargestellten Beispiel ist ebenfalls ein Stabmagnet 120 an dem Pendel 130 eines Pendeluhrwerks angebracht. Im Bersich der Umkehrpunkte der Schwingungsbewegung des Stabmagneten 120 sind Beschleunigungsspulen 96 und 1o6 ortsfest angebracht. Diese Spulen 96 und 106 werden durch eine Schaltungsanordnung angesteuert, wie sie in den Fig. 3 bzw. 5 angegeben ist. Wie in Fig. 7 angedeutet ist, können die Beschleunigungsspulen 96 und 106 auch in der in Fig. 4 angegebenen Weise bifilar gewickelt sein. Das Ist-Signal wird von einer der Beschleunigungsspulen abgenommen, wie dies in Fig. 3 angegeben ist.In the example shown, a bar magnet 120 is also on attached to the pendulum 130 of a pendulum clockwork. In the overview of the turning points of the Oscillation movement of the bar magnet 120, acceleration coils 96 and 1o6 are stationary appropriate. These coils 96 and 106 are controlled by a circuit arrangement as indicated in FIGS. 3 and 5, respectively. As indicated in Fig. 7, can the acceleration coils 96 and 106 are also bifilar in the manner indicated in FIG be wrapped. The actual signal is taken from one of the acceleration coils, as indicated in FIG. 3.
Auch bei dieser Ausführungsform der Fig. 7 ist es möglich, die gesamte Schaltungsanordnung 136 und die Stromversorgung 138, 14o getrennt von dem zu synchronisierenden Uhrwerk anzubringen und durch abgeschirmte Leitungen 146 mit den am Uhrwerk angebrachten Beschleunigungsspulen 96, 1o6 zu verbinden. Der Vorteil der Synchronisationsanordnung der Fig. 7 besteht vor allem darin, dass keinerlei bewegliche Teile erforderlich sind, so dass die Anordnung weitgehend wartungsfrei und störungsunanfällig ist.In this embodiment of FIG. 7, too, it is possible the entire circuit arrangement 136 and the power supply 138, 14o separate from that to be synchronized clockwork to be attached and by shielded cables 146 with to connect the acceleration coils 96, 1o6 attached to the clockwork. The advantage the synchronization arrangement of FIG. 7 consists primarily in the fact that none Moving parts are required so that the arrangement is largely maintenance-free and is not susceptible to failure.
In Fig. 8 ist ein Beispiel für die Synchronisation einer mechanisch angetriebenen Unruh dargestellt. Die Frequenz der Unruhschwingung wird in bekannter Weise durch einen Rücker 148 beeinflusst, der die Spiralfeder 150 , die die Unruh antreibt, festhält. Durch Verschieben des Rückers 148 und damit des Punktes, an dem die Spiralfeder 150 festgehalten wird, wird die Frequenz der Unruhschwingung beeinflusst.In Fig. 8 is an example of the synchronization of a mechanical driven balance wheel. The frequency of the balance vibration is known in Way influenced by a regulator 148, which the spiral spring 150, which the balance drives, holds on. By moving the indexer 148 and thus the point the coil spring 150 is held, the frequency of the balance vibration influenced.
Erfindungsgemäss kann nun zur indirekten Synchronisation die Verschiebung des Rückers 148 durch einen Stellmotor 152 efolgen, der durch eine Schaltungsanordnung gm. Fig. 2 angesteuert wird. Das Ist-Signal wird dabei in einem Feldplatten-Fühler 158 oder einem Näherungsschalter erzeugt, an dem ein auf der Unruh 154 angebrachter Permanentmagnet 156 vorbeischwingt.According to the invention, the shift can now be used for indirect synchronization of the regulator 148 by a servomotor 152 which is driven by a circuit arrangement gm. Fig. 2 is controlled. The actual signal is in a field plate sensor 158 or a proximity switch to which a Permanent magnet 156 swings past.
In Fig. 9 ist die Unruh eines üblicherweise als Transistwuhr bezeichneten Uhrwerks dargestellt, wobei der Antrieb in bekannter Weise ausgebildet undöaher nicht dargestelLt ist. Zur erfindungsgemässen indirekten quarzgenauen Synchronisation in Proportional-Regelung ist auf der Unruh ein scheibenförmiger Permanentmagnet 160 angebracht. Dieser Permanentmagnet 160 kommt bei seiner Schwingungsbewegung mit einer Amplitude von 180° in beide Richtungen jeweils an den Umkehrpunkten seiner Schwingungsbewegung in den Bereich einer ovalen Beschleunigungsspule 162.In Fig. 9, the balance wheel is what is commonly referred to as a transistor clock Clockwork shown, with the drive formed in a known manner and more is not shown. For indirect quartz-precise synchronization according to the invention in Proportional control is a disk-shaped permanent magnet 160 on the balance wheel appropriate. This permanent magnet 160 comes along with its oscillatory movement an amplitude of 180 ° in both directions at the reversal points of its Oscillation movement in the area of an oval acceleration coil 162.
Die Beschleunigungsspule 162 wird durch eine Schaltungsanordnung der in Fig. 3 bzw. 5 dargestellten Art angesteuert. Dadurch wird in der Spule 162 jeweils ein auf den Permantenmagneten 160 in dessen Bewegungsumkehrpunkten beschleunigend oder verlangsamend einwirkendes Magnetfeld erzeugt.The acceleration coil 162 is by circuit arrangement of the controlled in Fig. 3 and 5 illustrated type. This is in the coil 162 each one accelerating on the permanent magnet 160 in its movement reversal points or a slowing magnetic field is generated.
Der Permanentmagnet 160 kann entweder durch ein an zwei Unruhscheiben angebrachtes Magnetpaar, zwischem dem die Spule 162 angeordnet ist, oder durch eine Scheibe beispielsweise eines Samarium-Kobalt-Magneten bestehen, wie es in Fig. 9 dargestellt ist. Das Ist-Signal kann entweder von der nicht dargestellten Antriebsspule oder von der Beschleunigungsspule 162 abgenommen werden.The permanent magnet 160 can either by one on two balance disks attached magnet pair, between which the coil 162 is arranged, or by a Disc, for example, consist of a samarium-cobalt magnet, as shown in FIG. 9 is shown. The actual signal can either come from the drive coil (not shown) or removed from the accelerator coil 162.
Claims (25)
Priority Applications (8)
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---|---|---|---|
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CA248,700A CA1056166A (en) | 1975-03-27 | 1976-03-24 | Method and aparatus for synchronising a mechanical oscillating system to the accuracy of a quartz standard |
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FR2453093A1 (en) * | 1979-04-06 | 1980-10-31 | Sortimat Creuz & Co Gmbh | Vibratory conveyor drum suitable for production line - has iron vane near fixed semiconductor field-plate sensor controlling vibrator to hold drum amplitude |
-
1976
- 1976-01-22 DE DE19762602226 patent/DE2602226A1/en active Pending
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