DE1287208B - Method for determining the frequency of an alternating voltage and device for carrying out the method - Google Patents

Description

Mit dem Verfahren nach der Erfindung kann die Bestimmung der Winkelgeschwindigkeit eines umlaufenden Teils erfolgen. The method according to the invention can be used to determine the angular velocity of a rotating part.

Es ist bekannt, daß eine Umlaufbewegung in einfacher Weise in eine Wechselspannung verwandelt werden kann. Es ist auch bekannt, zur Bestimmung der Frequenz einer Wechselspannung eine um 90° phasenverschobene Wechselspannung aus der in ihrer Frequenz zu messenden Wechselspannung zu bilden, worauf diese beiden Wechselspannungen zur Bestimmung der Frequenz ausgenutzt werden. It is known that an orbital movement in a simple manner AC voltage can be transformed. It is also known to be used to determine the Frequency of an alternating voltage from an alternating voltage phase-shifted by 90 ° to form the alternating voltage to be measured in terms of its frequency, whereupon these two AC voltages are used to determine the frequency.

Gemäß der Erfindung werden jede der beiden Wechselspannungen in je einem Modulator jeweils mit der differenzierten anderen Wechselspannung gemischt, und es wird durch Subtraktion der einen Mischspannung von der anderen eine frequenzproportionale Spannung gewonnen. According to the invention, each of the two alternating voltages in each a modulator mixed with the differentiated other alternating voltage, and by subtracting one mixed voltage from the other it becomes a frequency proportional Tension gained.

Wenn die Frequenz der Wechselspannung mit einer festen Bezugsfrequenz zu vergleichen ist, kann die Wechselspannung und die daraus erzeugte sekundäre Wechselspannung mit 90° Phasenunterschied mit der Bezugsfrequenz gemischt werden, wodurch Schwebungsfrequenzen mit gegenseitigem Phasenunterschied von 90° entstehen. Diese wird dann differenziert und jede mit dem Differentialquotienten der anderen in der oben angegebenen Weise multipliziert, wodurch eine der Schwebungsfrequenz proportionale Spannung entsteht. When the frequency of the alternating voltage with a fixed reference frequency can be compared, the alternating voltage and the secondary alternating voltage generated from it are mixed with the reference frequency with a phase difference of 90 °, creating beat frequencies with a mutual phase difference of 90 °. This is then differentiated and each with the differential quotient of the other in the manner given above multiplied, creating a voltage proportional to the beat frequency.

Eine andere Ausführungsform der Erfindung zeichnet sich dadurch aus, daß eine Trägerfrequenz mit der primären und mit der sekundären Spannung-zur Erzeugung von modulierten Trägerspannungen mit 90° Phasenunterschied-gemischt wird, wonach diese Spannungen demoduliert, differenziert und jede der differenzierten Spannungen jeweils mit der anderen modulierten Trägerspannung gemischt wird und die so erhaltenen Mischspannungen durch Subtraktion eine Trägerspannung erzeugen, deren Amplitude ein Maß für die gesuchte Frequenz ist. Another embodiment of the invention is characterized in that that a carrier frequency with the primary and with the secondary voltage-for generation is mixed by modulated carrier voltages with 90 ° phase difference, after which demodulates these tensions, and differentiates each of the differentiated tensions is mixed in each case with the other modulated carrier voltage and the thus obtained Mixed voltages generate a carrier voltage by subtraction, the amplitude of which is a measure of the frequency we are looking for.

Eine Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens zeichnet sich dadurch aus, daß ein Differenzierkreis vorgesehen ist, dem die primäre Wechselspannung zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung an einen Modulator gelegt ist, wobei der Modulator einen zweiten Eingang hat, an den die sekundäre Wechselspannung, die 90° Phasenunterschied aufweist, gelegt ist, die auch über einen zweiten Differenzierkreis zum Eingang eines zweiten Modulators führt, der einen zweiten Eingang hat, an den die primäre Wechselspannung gelegt ist, und daß die Ausgänge der beiden Modulatoren mit einer gemeinsamen Klemme verbunden sind. A device for carrying out the method is characterized by this from the fact that a differentiating circuit is provided to which the primary alternating voltage is supplied and its output voltage is applied to a modulator, the modulator has a second input to which the secondary AC voltage, the 90 ° phase difference has, is placed, which also has a second differentiating circuit to the input of a second modulator, which has a second input to which the primary AC voltage is applied, and that the outputs of the two modulators with a common terminal are connected.

F i g. 1 bis 3 zeigen verschiedene Ausführungsformen der Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens. F i g. 1 to 3 show different embodiments of the device to carry out the procedure.

In F i g. 1 ist mit 1 eine umlaufende Welle angedeutet, die mit einem Generator 2 verbunden ist, der eine Spannung der folgenden Form erzeugt : A = V-sin cv t. (1) V ist die Amplitude der Spannung und co die der Umlaufgeschwindigkeit proportionale Frequenz. Die Spannung A wird einem Phasendreher 3 zugeführt, in dem eine Phasendrehung um 90° stattfindet. Die Ausgangsspannung hat die Form B-V cos cv t. (2) Die Spannung A gelangt auch zu einem Differenzierkreis 4, der eine Verstärkerstufe mit induktivem Belastungskreis umfassen kann. Die Ausgangsspannung hiervon ist C = # # V # cos # t. (3) In ähnlicher Weise gelangt die Spannung B zu einem Differenzierkreis 5 und erzeugt eine Ausgangsspannung D =-co-V-sin cot. (4) Die Spannungen A und D werden einem Modulator6 zugeführt, in dem eine Multiplikation der beiden Eingangsspannungen stattfindet, so daß man eine Spannung E erhält, gemäß E=cv V-sin2 sv t. (5) In ähnlicher Weise gelangen die Spannungen B und C zu einem Modulator7, und man erhält die Ausgangsspannung F : F = # # V # c os2 # t. (6) Die Ausgangskreise der Demodulatoren 6 und 7 sind untereinander und mit einer Klemme 8 verbunden, an der durch eine Subtraktion zwischen den Spannungen F und E eine Spannung der folgenden Form entsteht : F # E = # # V # cos2 #t # (## # V # sin2 # t) = (v V. (7) Man erhält somit eine Spannung, deren Amplitude ein Maß für die zu bestimmende Frequenz o ist. In Fig. 1 is indicated with 1 a rotating shaft that with a Generator 2 is connected, which generates a voltage of the following form: A = V-sin cv t. (1) V is the amplitude of the voltage and co that of the rotational speed proportional frequency. The voltage A is fed to a phase rotator 3, in which a phase shift of 90 ° takes place. The output voltage has the form B-V cos cv t. (2) The voltage A also reaches a differentiating circuit 4, which is an amplifier stage may include with inductive load circuit. The output voltage from this is C. = # # V # cos # t. (3) Similarly, the voltage B is applied to a differentiating circuit 5 and generates an output voltage D = -co-V-sin cot. (4) The voltages A and D are fed to a modulator6, in which a multiplication of the two input voltages takes place so that a voltage E is obtained according to E = cv V-sin2 sv t. (5) In a similar way In this way, the voltages B and C reach a modulator7 and the output voltage is obtained F: F = # # V # c os2 # t. (6) The output circuits of demodulators 6 and 7 are connected to each other and to a terminal 8, to which a subtraction between the voltages F and E result in a voltage of the following form: F # E = # # V # cos2 #t # (## # V # sin2 # t) = (v V. (7) One thus obtains a voltage whose Amplitude is a measure of the frequency to be determined o.

Durch die Vorrichtung nach F i g. 2 ist ein unmittelbarer Vergleich möglich zwischen der zu untersuchenden Frequenz cv und einer Bezugsfrequenz cuir. The device according to FIG. 2 is a direct comparison possible between the frequency to be examined cv and a reference frequency cuir.

Ähnlich wie bei der F i g. I hat man die Spannungen A und B, die zu entsprechenden Modulatoren 9 und 10 gelangen. Von einem Bezugsgenerator 11 gelangt eine Spannung der Bezugsfrequenz cor zu den beiden Modulatoren 9 und 10. Diese sollen Schwebungsfrequenzen erzeugen, d. h., der Modulator 9 erzeugt eine Ausgangsspannung G gemäß G = V # sin (#r # #) t, (8) und die Ausgangsspannung H des Modulators 10 ergibt sich in entsprechender Weise : H = V-cos (co,-o)) t. (9) Die Spannungen G und H werden in derselben Weise behandelt wie die Spannungen A und B nach F i g. 1, d. h. durch Differenzierung in Differenzierkreisen 4 und 5 und multiplikative Mischung in Modulatoren 6 und 7. Die Ausgangsspannungen der Differenzierkreise 4 und 5 sind K bzw. L gemäß K = V ( (or-co)-cos (cor- (o) t, (10) L =-V- # (#r # #) # sin (#r # #) t. (11) In den Modulatoren 6 und 7 findet eine Multiplikation von G mit L bzw. von H mit K statt, und man erhält von den Modulatoren 6 und 7 Ausgangsspannungen M bzw. Nfolgender Form : M =- (#r # #) # V # sin2 (#r # #) t, (12) N = (#r # #) # V # cos2 (#r # #) t. (13) Durch Subtraktion der Spannung M und N erhält man an der Klemme 8 die Spannung (sor@) die dem Frequenzunterschied proportional ist.Similar to FIG. I got one the voltages A and B that too corresponding modulators 9 and 10 arrive. Arrived from a reference generator 11 a voltage of the reference frequency cor to the two modulators 9 and 10. These should Generate beat frequencies, d. that is, the modulator 9 generates an output voltage G according to G = V # sin (#r # #) t, (8) and the output voltage H of the modulator 10 the result is correspondingly: H = V-cos (co, -o)) t. (9) The voltages G and H are treated in the same way as voltages A and B in FIG. 1, d. H. through differentiation in differentiation circles 4 and 5 and multiplicative Mixing in modulators 6 and 7. The output voltages of the differentiating circuits 4 and 5 are K and L according to K = V ((or-co) -cos (cor- (o) t, (10) L = -V- # (#r # #) # sin (#r # #) t. (11) In modulators 6 and 7 there is a multiplication of G with L or H with K instead, and output voltages are obtained from the modulators 6 and 7 M or N of the following form: M = - (#r # #) # V # sin2 (#r # #) t, (12) N = (#r # #) # V # cos2 (#r # #) t. (13) By subtracting the voltage M and N the voltage (sor @) that corresponds to the frequency difference is obtained at terminal 8 is proportional.

Wenn die Geschwindigkeit der Welle 1 sehr klein ist und mit sehr großer Genauigkeit gemessen werden muß, kann die Ausführungsform nach F i g. 3 verwendet werden. Hier werden zwei Spannungen mit 90° Phasenunterschied mittels zweier Abtaster 12 und 13 erzeugt, die auf der Welle sitzenden Zeichengebern entsprechen, die die Form von Magnetpolen 14 haben, die auf dem Umfang der Welle verteilt sind. When the speed of wave 1 is very small and with very must be measured with great accuracy, the embodiment according to FIG. 3 used will. Here two voltages with a 90 ° phase difference are measured using two scanners 12 and 13 generated, which correspond to signal generators seated on the shaft, which the Have the form of magnetic poles 14, which are distributed on the circumference of the shaft.

Die Abtaster 12 und 13 sind mit Kernen ausgestattet, die auf die Magnetpole ansprechen. Die Kerne haben zwei Wicklungen, deren einer eine Trägerfrequenz von einem Generator 15 mit einer Eigenfrequenz von etwa 400 Hz zugeführt wird. Als Zeichengeber können auch optische Strichplatten verwendet werden, die durch Abtaster in Form von Photozellen abgetastet werden.The scanners 12 and 13 are equipped with cores that point to the magnetic poles speak to. The cores have two windings, one of which has a carrier frequency of a generator 15 is supplied with a natural frequency of about 400 Hz. As a signaler Optical graticules can also be used, which are shaped by scanners can be scanned by photocells.

Wenn die Frequenz des Generators 15 mit (üi und die Frequenz der durch die Magnetpole hervorgerufenen Modulation mit co bezeichnet wird, ergibt sich eine Ausgangsspannung Q des Abtasters 12 gemäß Q= Ysinltsincvt (14) und in ähnlicher Weise eine Ausgangsspannung P des Abtasters 13 P = V sin 01 t cos co t. (15) Die Spannung Q gelangt zum Modulator 6 und auch zu seinem Demodulator 16, an den ein Differenzierkreis 4 angeschlossen ist. Die Spannung P gelangt in ähnlicher Weise zu dem Modulator 7 und zu einem Demodulator 17 mit angeschlossenem Differenzierkreis 5. Die Ausgangsspannung des Demodulators 16 hat die oben angegebene Form A entsprechend dem Modulationsinhalt der Spannung Q. Nach Differenzierung in dem Kreis 4 erhält man eine Spannung von der Form C. In entsprechender Weise ist die Ausgangsspannung des Demodulators 17 von der Form B, und nach in dem Kreis 5 erfolgter Differenzierung entsteht eine Spannung von der Form D. Die multiplikative Mischung der Spannungen Q und D im Modulator 6 ergibt eine Spannung R gemäß R = V sin cs t sin2 cot, (16) und in entsprechender Weise ist die Ausgangsspannung S des Modulators 7 S = # # V # sin #1t # cos2#t. (17) Die Subtraktion der Spannung R von S ergibt an der Ausgangsklemme 8 die Spannung co-V-sin co, t t, d. h. eine Trägerfrequenz mit einer der zu ermittelnden Frequenz c9 proportionalen Amplitude. If the frequency of the generator 15 with (üi and the frequency of the is denoted by the modulation caused by the magnetic poles with co, results an output voltage Q of the sampler 12 according to Q = Ysinltsincvt (14) and the like Way, an output voltage P of the sampler 13 P = V sin 01 t cos co t. (15) The Voltage Q reaches the modulator 6 and also to its demodulator 16, to the one Differentiating circuit 4 is connected. The voltage P arrives in a similar manner to the modulator 7 and to a demodulator 17 with a connected differentiating circuit 5. The output voltage of the demodulator 16 has the form A given above accordingly the modulation content of the voltage Q. After differentiation in the circle 4 is obtained we get a voltage of the form C. In a corresponding way the output voltage is of the demodulator 17 of the form B, and after differentiation has taken place in the circle 5 the result is a voltage of the form D. The multiplicative mixture of the voltages Q and D in modulator 6 result in a voltage R according to R = V sin cs t sin2 cot, (16) and in a corresponding way the output voltage S of the modulator 7 is S = # # V # sin # 1t # cos2 # t. (17) The subtraction of the voltage R from S gives at the output terminal 8 the voltage co-V-sin co, t t, d. H. a carrier frequency with one of the to be determined Frequency c9 proportional amplitude.

Claims (5)

Patentansprüche : 1. Verfahren zur Bestimmung der Frequenz einer primären Wechselspannung, bei dem aus der in ihrer Frequenz zu messenden Wechselspannung eine um 90° phasenverschobene sekundäre Wechselspannung gebildet wird, d a d u r c h g e k e n nz e i c h n e t, daß jede der beiden Wechselspannungen in je einem Modulator jeweils mit der differenzierten anderen Wechselspannung gemischt und durch Subtraktion der einen Mischspannung von der anderen eine frequenzproportionale Spannung gewonnen wird. Claims: 1. Method for determining the frequency of a primary alternating voltage, in which from the alternating voltage to be measured in terms of its frequency a 90 ° phase-shifted secondary AC voltage is formed, d a d u r c h g e k e n n nz e i c h n e t that each of the two alternating voltages in one each Modulator mixed with the differentiated other alternating voltage and through Subtraction of one mixed voltage from the other a frequency proportional voltage is won. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß sowohl die Wechselspannung als auch die sekundäre Wechselspannung mit einer festen Bezugsfrequenz-zur Erzeugung von Schwebungsfrequenzen mit einem Phasenunterschied von 90°-gemischt werden, wonach die Schwebungsfrequenz differenziert werden und jede mit der differenzierten anderen Spannung gemischt wird. 2. The method according to claim 1, characterized in that both the alternating voltage as well as the secondary alternating voltage with a fixed reference frequency-for Generation of beat frequencies with a phase difference of 90 ° -mixed after which the beat frequency will be differentiated and each with the differentiated other tension is mixed. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine Trägerfrequenz mit der primären und mit der sekundären Spannung-zur Erzeugung von modulierten Trägerspannungen mit 90° Phasenunterschied-gemischt wird, wonach diese Spannungen demoduliert, differenziert und jede der differenzierten Spannungen jeweils mit der anderen modulierten Trägerspannung gemischt wird und die so erhaltenen Mischspannungen durch Subtraktion eine Trägerspannung erzeugen, deren Amplitude ein Mal3 für die gesuchte Frequenz ist. 3. The method according to claim 1, characterized in that a carrier frequency with the primary and with the secondary voltage - to generate modulated carrier voltages is mixed with a 90 ° phase difference, after which these voltages are demodulated, differentiated and each of the differentiated voltages with the other modulated carrier voltage, respectively is mixed and the mixed voltages obtained in this way by subtracting a carrier voltage generate the amplitude of which is a Mal3 for the frequency sought. 4. Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche l bis 3, gekennzeichnet durch einen Differenzierkreis, dem die primäre Wechselspannung zugeführt wird und dessen Ausgangsspannung an einen Modulator gelegt ist, wobei der Modulator einen zweiten Eingang hat, an den die sekundäre Wechselspannung, die 90° Phasenunterschied aufweist, gelegt ist, die auch über einen zweiten Differenzierkreis zum Eingang eines zweiten Modulators führt, der einen zweiten Eingang hat, an den die primäre Wechselspannung gelegt ist, und daß die Ausgänge der beiden Modulatoren mit einer gemeinsamen Klemme verbunden sind. 4. Device for performing the method according to one of the claims 1 to 3, characterized by a differentiating circuit to which the primary alternating voltage is fed and its output voltage is applied to a modulator, wherein the modulator has a second input to which the secondary AC voltage, the 90 ° phase difference, is placed, which is also via a second differentiating circle leads to the input of a second modulator, which has a second input to the the primary AC voltage is applied, and that the outputs of the two modulators are connected to a common terminal. 5. Vorrichtung nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch je einen Übertragungskanal für die primäre Wechselspannung und für die sekundäre Wechselspannung mit Modulatoren, an die eine Bezugsfrequenz zur Erzeugung von Schwebungsfrequenzer mit 90° Phasenunterschied gelegt ist. 5. Apparatus according to claim 4, characterized by one transmission channel each for the primary AC voltage and for the secondary AC voltage with modulators, to the one reference frequency for generating beat frequencies with a 90 ° phase difference is laid.