-
Frequenzme#garät Dis E@findung betrifft cin Wechaelapar @@ge@ @@@ät
and insbasonders @@@ golshes G@@@@@@ @@@@@@@ @@@@@ @@@@ @@@@@@@@ mittels @@@@ @@@@@@@@@@@@
Av@@@ngasignal des @@@erg mit@ Fraungnganterschied-Date@ In @ heschreibung let der
Au@dm@ @@@@@ @@@ @@@@ bestimwte Wechaeisga@nung@ @@ lerfe ven impalsen ainer gemssen
frequ@@@@ @@ die Impulsserte als eine bestirmte Weche@@@per@ @@@ einer Gleichsganaung
überlagert, ist, betrach@@@@ @@@ Es ist bersits bekannt, zum Messen der Frequenz
@@@@@ Wechselspannung einen elektronischen Zähler an ve@@@@@@@ @@ über ein gewissen
Zeitintervall die Zahl der ember@@ @@ Impulse der Wechselspannung zählt und während
wh@ @@@@@@@ folgenden Zeitinteryalls bis zu Null zur@sk@chr@@@ die Zahl der gesählten
Impulse anseigt. De die @@@ @@@@@
des einen Zeitintervalls und die
Eückkehr des Zählers zum Wert Null während dem darauffolgenden Intervall erfolgt,
wird der Zeithedarf für die Messung verhältnismä#ig gro#. Das bedautet inebesondere,
da# eine etwaige kleine Frequensänderung erut nech dem vellständigen Ablauf einer
Zählung angezeigt werden kann, Wird ein solcher Zähler zum Steuern einer-Servo-@@@gdnung
verwendet, dann ist die Geschwindigksit der Messuag eft micht gro# genug und es
kann auch schwierig sein, das Differential (die Ableitung) von der Frequenzänderung
absuloiten.
-
Der Erfindung liegt vor allem die Aufgabe zugrunde, ein solches Frequenzne#gerät
zu schaffen, durch welches die genannten Schwierigkeiten vormieden werden.
-
Die gestellte Aufgabe ist erfindungsgemä# im wesentlichen durch durch
die genannte Spannung betätigbare Mittel zum Ersougen einer sweiten Frequenz einer
bestimmten Beziehung zu der au messenden Frequenz, einen frequenzteilenden elektronischen
zähler, zwischen ersten und zweiten Schaltstellungen schaltbare Mittel, um die zu
messende frequenz und entsprechend die zweite Frequenz dem frequenzteilenden Zähler
zuzuführen, wobei die Schaltmittel so angeschlossen sind, da# sie durch einen Ausgangsimpuls
des frequenzteilenden Zählors in ihre erste Schaltstellung gelangen, einen Erzeuger
einer Bezugsfrequenz,
einen so angeschlossenen Frequenzunterschied-Detektor,
da# ihm die Ausgangssignale des frequenzteilenden Zählers und des genannten Erzeugers
zugeführt werden, wobei der Frequenzunterschied-Detektor erste und zweite Ausgangskreise
aufweist und so ausgebildet ist, da# er jewsils seinen ersten und zweiten Ausgangskreisen
Impulse zufürt, wenn das Ausgangssignal des Erzeugers eine kleinere oder eine grö#ere
Frequenz als das Ausgangssignal des frequenzteilenden Zählers aufweist, einen vorwärts
und rückwärts zählenden Zähler, der so angeschlossen ist, da# er durch die ersten
und zweiten Ausgangskreise jeweils vorwärts bzw. rückwärts angstrieben wird, und
durch einen so angeschlossenen Koinzidenzkreis ge-15st, da# er eine Koinzidenz zwischen
dem frequenzteilenden und dem vorwärts und rückwärts zählenden Zähler feststellt
und in diesem Falle die genannten Schaltmittel in ihre zweite Schaltstellung verbringt,
Gemä# einer beverzugten Ausgestaltung der Erfindung weieen die Schaltmittel erste
und zweite elektronische Torschaltungen auf, die zwischen einen Eingangspunkt für
die Spannung, deren Frequenz zu messen ist, und die Mittel zum Erzeugen der zweiten
Frequenz eingeschaltet sind, und es ist ein so botätlgbarer Stenexkreis vorgeschen,
da# entweder die erste oder die zweite Torschaltung leitend und mit dem frequenztoilealen
Zähler und dem dadurch betätigton Koinzidenskreis vorbandsa wird.
-
Nach einer weiteren bevorzugten Auagestaltung der Erfindung sind
die ersten und zweiten Ausgangskreise des Frequenzunterschied-Detektors an erste
und zweite UND-Schaltungen angeschlossen, wobei die ersten und zweiten UND-Schaltungen
so angeschlossen sind, daß sie den vorwärts und rückwärts zählenden Zähler entsprechend
vorwärts und rückwärts antreiben.
-
Die im Sinne der Erzeugung einer zweiten Frequenz betätigbaren Mittel
können nach einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung aus einem Frequenzverdoppler
bestehen, der so geschaltet ist, da# ihm die Spannung zugeführt wird, von der die
Frequenz zu messen ist.
-
Nach einer anderen bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung ist der
frequensteilende Zahler an den Frequenzunterschied-Detektor über Phaseneinstellmittel
angeschlossen, die so geschaltet sind, da# ihnen vom Frequenzunterschied-Detektor
ein Phasensteuersignal zugeführt wird, wodurch die Phase der vom frequenzteilenden
Zähler ausgehenden Impulse relativ zur Phase der vom Erzeuger ausgehenden Impulse
eingestellt wird, wenn diese Impulse gleicher Frequenz sind.
-
Dir genannte Bezugsfrequenz-Erzeuger kann nach einer wiederum anderen
Ausgestaltung der Erfindung einen Erzeuger einer unveränderlichen Frequenz und Umwandlungsmittel
aufweisen,
durch welche von dieser Frequenz eine sur Zuführung zum
Frequenzunterschied-Detektor dienende unterschiedliche Frequenz abgeleitet werden
kann.
-
In der Zeichnung ist die Erfindung anhand bevorzugter Ausführungsbeispiele
veranschaulicht, Die Fig. 1 bis 4 seigen schematisch gehaltene Schaltbilder der
verschiedenen Ausführungsbeispiele.
-
Bei dem in Fig. 1 dargestallten Ausführangsbeispiel ist angenommen,
da# die Wechaelspannung, deren Frequens gemenuen werden soll, in einem Ossillster
1 erzeugt wird. Der Ossillator ]1 ist an einen Frequenzverdoppler 2 und an oime
Torschaltung 3 angeschlessen, während der Frequenzverdoppler 2 moch an oine sweite
Torschmltung 4 angeschlossen ist. Die beiden Torsehsltungen 3 und 4 worden in einer
weiter unten beschriobensa Weise von einem Steuerkreis 5 hor so gesteuert, da# stets
nur die eine der beiden Torschal tungen 3 und 4 geöffnet ist.
-
Die Ausgangskreise der Torschaltungen 3 und 4 sind beide an einen
frequensteilenden elektronischen Zähler 6 angeschlossen, der eine Ansahl frequenzhalbierender
Stufen aufweist, wobei die Zahl der Stufen so gewählt ist, da# die Frequens am Ausgang
des Zählers 6 erhaltener Impulse der gleichen Ordnung wie eine Bezugsfrequens ist,
die in einem Bezugs frequenz-Onzillator 7
arsaugt wird. Die Ausgangsimpulse
des Zählers 6 und des Bezugsfrequens-Oszillatore 7 werden entsprechenden Eingängen
eines Frequensunterschied-Detektors 3 zugeführt, der einer bekannten Ausführung
entspricht und zwei gleichbleibende(stabile) Stollungen aufweist sowie mit zwei
Ausgangskreisen 9 und 10 verschen ist, Der Frequenzunterschied-Detektor 3 ist im
übrigen se säsgelegt, da# ein positives Potantial am einen oder anderen dieser Ausgangskreise
erseheint, wenn der Detaktor seinen lotsten Eingangsimpuls oder vom Bezugsfrequenz-Oezillator
7 oder vom Zählor 6 oime Wechselspanaungs-Amplitude erhiolt.
-
Joder der Ausgangskreise 9 und 10 ist sit oiner UND-Schaltung 11
bzw. 12 verbunden, von deaenh jede vom Bezugzfrequenz-Oszillator 7 als zwsites Eingang@signal
die @ezugsfrequens bzw. von Zähler 6 dis get@ilto Frequens augeführt erhält.Die
Au@-gangskroise dor beiden UND-Schaltungen sind mit sinem Vorwärts-und Rüchwärtesählor
13 so vorbunden, da# die von der UND-Schaltung 11 sugefuhrten Impulse den Zähler
vorwärts und von dor UND-Schaltung 12 zugeführten Impulse den Zähler rückwärts antroiben.
-
Ein Koinzidenzkreis 14 ist so eingeschaltet, da# er Koinzidens swischen
dem frequenzteilenden Zähler 6 und dem Vorwärts-und Rückwärtezähler 13 feststellt
und im Falle einer solchen Koinzidenz den Stauerkreis so betätigt, daß di. Torschaltung
3 leitend und die Torschaltung 4 nichtleitend wird. Der Steuerkreis
5
ist au#erdem so geschaltet, daß er die Einstellungen der Torschaltungen 3 und 4
umkehrt, wenn diese vorn Zähler 6 nach dem Zählen einer bestimmten Anzahl von Impulsen
erfolgten,.
-
Das in Fig. 1 dargestellts Frequenzme#gerät arbeitet folgenderma#en:
Wenn die Frequenz der Wechselspannung des Oszillators 1 £ ist, dann wird die Frequenz
des Frequenzverdopplers 2 2f. Wenn angenommen wird, da# der eine Gesamtkapazität
gleich 2n@ aufweisende frequenzteilende Zähler 6 zunächst leer ist und die Torschaltungen
3 und 4 zunächst leitend bzw. nichtleitend sind, empfängt der Zähler 6 Impulse der
Frequenz f solange, bis er 2n solcher Impulse gezählt hat, wobei 2n die augenblickliche
Einstellung des Vor- und Rückwärtszählers 13 ist. Entsteht in dieser Weise zwischen
den Zählern 6 und 13 eine Koinzidens, dann betätigt der Koinzidenzkreis 14 den Steuerkreis
5 und kehrt damit die Einstellungen der Torschaltungen 3 und 4 urn, woraufhin der
Zähler 6 aber die Torschaltung 4 Impulse der Frequenz 2f erhält.
-
Dies wird fortgssetzt, bis der Zähler 6 entsprechend seiner Gesamtkapazität
von 2n@ Impulsen gefüllt ist, woraufhin er einen Impuls an den Detektor 8 aussendet
und außerdem den Steuerkreis 5 so betätigt, daß die Torschal tungen 3 und 4 in ihre
Ausgangsstellungen zurückgebracht werden. Nach dem
Zählen von 2no
Impulsen nimmt der Zähler 6 auch wieder seinen leeren Ausgangszus tand an.
-
Die zum inspeisen der Gesamtzahl von 2no Impulsen in den Zähler 6
benötigts Zeit beträgt 2n 2no - 2n 4n + 2no - 2n no + n t = + = = f 2f 2f f, Dies
ist ebenfalls die zwischen aufeinanderfolgenden Ausgangsimpulsen des Zählers 6 befindliche
Zeit, womit die Frequenz der f Ausgangsimpulse des Zählers 6 ist. Diese Ausgangsimno
+ n pulse werden dem Frequenzunterschied-Detektor 8 zugeführt, in dem deren Frequenz
mit der Bezugsfrequenz fr der im Bezugsfrequenz-Oszillator 7 erzeugten Wechselspannung
verglichen wird.
-
Wenn dann die Frequenz der vom Zähler 6 gelieferten Impulse sich von
der Bezugsfrequenz unterscheidet, werden von denUND-Schaltungen 11 und 12 Ausgangsimpulse
auf folgende Weise erzeugt: Die Ausgangsimpulse des Zählers 6 schalten den Frequenzunterschied-Detektor
8 in eine erste stabile Schaltstellung, in der dessen Ausgangskreis 10 ein Ausgangssignal
aufweist, und die Impulse der Bezugsfrequenz schalten den Frequenzunterschied-Detektor
8 in eine zweite stabile Schaltatellung, in der dessen Ausgangskreis 9 ein Ausgangssignal
aufweist.
-
Auf diese Weise werden von den Ausgangskreisen 9 und 10 abwechselnd
Ausgangssignale erhalten und den UND-Schaltungen 11 bzw. 12 zugeführt. Wenn die
beiden miteinander verglichenen Frequenzen genau gleich sind, erhalten die UND-Schaltungen
11 und 12 vom Oszillator 7 bzw. dem Zähler 6 nur dann Impulse, wenn sie nicht durch
die Ausgangssignale der Detektor-Ausgangskreise 9 bzw. 1 10 betätigt wurden, und
keine der beiden UND-Schaltungen 12 und 13 erzeugt ein Ausgangssignal. Wenn aber
z.B. fr grö#er als f/(no + n) ist, dann bestehen hierzu Gelegenbeiten, wenn zwei
oder mehr aufeinanderfolgende Impulse des Oszillators 7 der UND-Schaltung 11 während
der Intervalle zwischen zwei aufeinanderfolgenden Ausgangs impulsen des Zählers
6 zugeführt werden. Jeweils der erste solche Impuls des Oszillators 7 stellt den
Detektor 8 so ein, daß die UND-Schaltung 11 betätigt wird und Jeder vom Onsillator
7 an die UND-Schaltung 11 weitergegebene folgende Impuls, der vor dem Erscheinen
des nächsten Impulses des Zählers 6 empfangen wurde, die UND-Schaltung 11 veranlaßt,
einen Ausgangsimpuls ZU erzeugen, der den Zähler 13 auf eine Einstellung kleiner
als 2n zurückfüfrt, Wenn die Frequenz f/(no + D) der Auspangsimpulse des Zählers
6 in ähnlicher Weise größer als fr ist, sendet die UND-Schaltung 12 Impulse aus,
die die Einstellung 2n des Zählers 13 erhöhen. Zu beachten tat indessen, daß eine
Erhöhung oder Herabsetzung des Wertes 2n im Zähler 13 ein Absinken bzw.
-
Ansteigen der Frequens f/(no + n) der Ausgangsimpulse vom
Zähler
6 bewirkt, Äuf diese Weise erhält der Zähler 13 automatisch eine Einstellung auf
den Wert 2n, was f = fr (no + n) ergibt. Da fr und no bekannt sind, ist der Wert
2n, auf den sich der Zähler 13 schnell einstellt, ein Maß für die zu bestimmende
Frequenz f. Es sei auch noch darauf hingewiesen, daß der Vorwärts- und Rückwärtszähler
13 im E11, daß der Frequenzunterschied zwischen fr und der Frequenz der Ausgangsimpulse
des Zählers 6 groß ist, mit einer hohen Geschwindigkeit angetrieben wird, die dann
wieder absinkt, wenn der Frequenz unterschied wieder kleiner wird. Auf die Weise
ist eine gute Stabilität und eine kurze Anprechzeit der Anordnung erreicht.
-
Es sei beispielsweise angenommen, daß die Bezugs frequenz 100 Hz
beträgt und der frequenzteilende Zähler 6 zehn frequenzhalbierende Stufen aufweist.
Das bedeutet, daß die Frequenz des Oszillators 1 zwischen den Frequenzen 102400
und 204800 Hz digital gemessen werden kann. Dies läßt sich auf folgende Weise ausdrucken.
Unter der Annahme, daß der Frequenzunterschied klein ist, ist die Anordnung in der
Lage, 100 mal Je Sekunde genau festzustellen, ob die Einstellung des Zählers 6 genau
ist.
-
Die Ausgangsspannung des Frequenzunterschied-Detektors wird eine
unsymmetrische Form haben, wodurch die Zeitdauer jedes
abgegebenen
positiven Impulses von der gegenseitigen Phasenlage zwischen der Wechselspannung
des Zählers 6 und der Wechaelspannung des Bezugsfrequenz-Oszillators 7 abhängt.
Daraus folgt, da# im Falle, da# diese Zeitdauer sehr kurz ist oder nahezu der Zeitdauer
einer vollen Periode entspricht, selbst die kleinste periodische Frequenzänderung
zu einer Vorwärts-oder Rückwärtseinstellung des Zählers 13 mit kleinsten Zählschritten
führt, Dies kann vermieden werden, wenn ein Phasenkorrekturkreis 16, wie er in Pig.
2 dargestellt ist, zwischen den Zähler 6 und den n Frequenzunterschied-Detektor
8 eingeschaltet ist und durch eine Ausgangsspannung einer Steuervorrichtung 15 gesteuert
wird. In dieser Steuervorrichtung 15 wird das Ausgangssignal des Phasendetektors
@ gleichgerichtet und umgekehrt. Infolgedessen kann der Zeitdauer jedes positiven
Impulses vom frequenzunterschied-Detektor 8 eine geeignete Länge gegeben werden,
so daß eine kleine periodische Frequenzänderung keins periodische Vorwärts- und
Rückwärts-Einstellung des Zählers 6 hervorrufen kann.
-
Bei dem in Fig. 3 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung,
dessen rechts des Beugsfrequenz-Oszillators 7 befindlicher Teil mit der in Fig.
1 gezeigten Anordnung Ubereinsttmnt, ist der Oszillator 7 ein zwangsgesteurerter
Oszillator, der bei jeder aus einer Vielzahl von Bezugsfrequenzen ausgewählten Frequenz
zum Schwingen gebracht wird. Wie aus Fig. 3 hervorgeht,
wird einem
Frequenzverdoppler 2' eine feststehende Frequenz f0 zur Erzeugung einer Frequenz
2fo zugeführt und die frequenzen f0 und 2fo werden Torschaltungen 3' bzw. 4' zur
Weiterleitung an einen Zähler 17 zugeführt, wobei die Torschaltungen 3' und 4' und
ein Steuerkreis 5', durch den diese abwechselnd leitend gemacht werden, Schaltmittel
darstellen, die mit den Schaltmitteln der Torschaltungen 3 und 4 und des Steuerkreises
5 gemäß Fig. 1 identisch übereinstimmen. Die Ausgangssignale der Torschaltungen
3. und 4' werde gemeinsam einem dem Zähler 6 gemäß Fig. 1 ähnlichen Zähler 17 zugeführt
und weisen eine Gesamtkapazität eines Wertes 2n' auf, und das Ausgangssignal des
Zählers, 17 wird einem Frequenzunterschied-Detektor 19 und als eines der Eingangssignale
dem Steuerkreis 5' zugeführt.
-
Ein Koinzidenzkreis 18 stellt Koinzidenz zwischen dem Zähler 17 und
einem ausgewählten Wert n' fest, der durch Schalter 20 eingestellt ist, und erzeugt
ein zweites Eingangseignal ftir den Steuerkreis 5'. Aus einem Vergleich mit der
in Fig. 1 gezeigten Anordnung ist ersichtlich, daß das Ausgangssignal des Zählers
17 eine Frequenz fo/n'o+n' aufweist.
-
Dieses Ausgangssignal und die vom Ossillator 7 erzeugte Frequenz
fr werden im Frequenzunterschied-Detektor 19 verglichen und ein den Frequenzunterschied
darstellendes Ausgangssignal des Detektors 19 wird dazu benutzt, den Oszillator
7 zu steuern und dessen Ausgangsfrequenz fr gleich der mittels der Schalter 20 ausgewählten
Frequenz fo/(n'o + n') zu machen.
-
Auf diese Weise bestimmt das in Fig. 3 dargestellte Ausführungsbeispiel
die frequenz f, die als no + n f = fo @ n'o + n' gemessen werden kann, worin fo,
no und n'o feststehende Werte ssind und n' mittels der Schalter 20 ausgewählt ist
und schlie#-lich 2n der Wert dst, den der Zähler 13 annimmt.
-
Die in Fig. 3 dargestellte Anordnung erzeugt eine Bezugsfrequenz
fr, die kleiner als die feststehende frequenz f0 ist.
-
Gewünschtenfalls kann die Besugsfrequenz aber auch als ein Vielfaches
(grö#er als 1) der feststehenden Frequenz f0 abgeleitet werden. Dies ist bei dem
in Fig. 4 dargestellten Ausführungsbeispiel der Erfindung der Fall, wo der Oszillator
7 eine Bezugsfrequens fr der Form £ = fo (n'o + n') erzeugt, worin fo und n'o feststehende
Werte sind und n gewählt werden kann.
-
Die durch den Oszillator 7 erzeugte Frequens fr wird direkt einer
Torschaltung 2' und einem Frequensverdoppler zugeführt, der eine Frequenz 2r einer
Torschaltung 4"suführt. Die
Torschaltungen 3"und 4" sowie ein Steuerkreis
5 bilden Schaltmittel wie die Torschaltungen 3 und 4 und der Steuerkreis 5 gemä#
Fig. 1. Abhängig von der Einstellung des Steuerkreises 5" wird einem Zähler 17",
der dem Zähler 17 in Fig. 1 entspricht und eine Gesamtkapazität 2n'0 aufweist, die
Frequenz fr (durch die Torschaltung 3") oder 2fr (durch die Torschaltung 4") zugeführt.
Das Ausgangssignal des Zählers 17" wird einem Frequensunterschied-Detektor 19" zugeführt,
dem außerdem eine feststehende Frequenz fo zugeführt wird. Ein Koinzidenzkreis 18"
stellt Koinzidenz zwischen dem Zähler 17" und einer durch Schalter 20 eingestellten
Zahl 2n' fest und erzeugt ein Betätigungs-Eingangssignal für den Steuerkreis 5",
für den ein zweites Eingangssignal vom Zähler 17" geliefert wird.Durch diese Mittel
wird die Ausgangsfrequenz des Zählers 17" gleich fr/(n'0 + n') gemacht. Diese frequenz
wird durch den Detektor 19" mit der Frequenz f0 verglichen, der ein Ausgangssignal
erzeugt, das den Frequenzunterschied darstellt und dem Cszillator 7 zur Löschung
des Unterschiedes zugeführt wird, so da# fr = fo (n'o + n') wird.
-
Der in Fig. 4 dargestellte Oszillator 7 und der untere Teil dieser
Figur stellen ein Gerät wie in Fig. 1 dar, weshalb
die zu messende
Frequenz f bestimmt ist als f = fo (n'o + n') (no + worin foi n'o und no feststehende
Größen sind, während der Wert n0 durch die Schalter 20 eingestellt wird und 2n der
Wert ist, den der Zähler 13 annimmt.