DE1809810A1 - Verfahren und Geraet zum Bestimmen der Periodendaueraenderung einer Schwingung - Google Patents

Verfahren und Geraet zum Bestimmen der Periodendaueraenderung einer Schwingung

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DE1809810A1 DE19681809810 DE1809810A DE1809810A1 DE 1809810 A1 DE1809810 A1 DE 1809810A1 DE 19681809810 DE19681809810 DE 19681809810 DE 1809810 A DE1809810 A DE 1809810A DE 1809810 A1 DE1809810 A1 DE 1809810A1
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Description

ι HP nil
5743
G. & E. Bradley. Limited, Neasden Lane, London/England
Verfahren und Gerat zum Bestimmen der Periodendaueranderung einer Schwingung
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren und ein Gerät ι zum Bestimmen der gebrochenen Differenz zwischen der Periode einer Schwingung und einer Normalperiode.
in Verfahren zum Bestimmen der gebrochenen Differenz zwischen der Periode eines Eingangssignals und einer Normalperiode ist nach der Erfindung dadurch gekennzeichnet, daß ein Normalsignal mit der Normalperiode oder Normalfrequenz erzeugt wird, daß ein Differenzsignal gebildet wird, dessen Frequenz gleich der Differenz zwischen der Eingangssignalfrequenz und der Normalfrequenz ist, und daß das Differenzsignal zum Erzeugen eines Ausgangssignals verwendet wird, das aus einer vorgegebenen Anzahl von Eingangssignalzyklen pro Differenzsignalzyklus besteht.
Vorzugsweise wird das. Ausgangssignal durch Verzögern des Differenzsignals erzeugt. Zu diesem Zweck wird das Differenzsignal um die vorgegebene Anzahl von Eingangssignalzyklen verzögert. Das dabei erzeugte verzögerte Signal wird zusammen mit dem Differenzsignal zur Bildung des Ausgangssignals einem Gatter oder Tor zugeführt.
Das Differenzsignal wird vorzugsweise durch einmaliges Tasten des Normalsignals in einer Eingangssignalperiode erzeugt. Der getastete Wert wird bis zum nächsten· Tasten gehalten.
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Ferner ist es von Vorteil, ein zweites Differenzsignal 'zu erzeugen, dessen Phase von der Phase des ersten Differenzsignals abweicht. Aus dem zweiten Differenzsignal wird dann ein zweites Ausgangssignal abgeleitet, dessen Polarität den Richtungssinn der Differenz zwischen der Eingangssignalperiode und der Normalperiode angibt.
Ein Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach der Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator das Normalsignal mit einer Normalperiode erzeugt, daß ein an den Generator und an eine Eingangs.klemme angeschlossenes Frequenzsubtrahierglied ein Differenzsignal bildet, dessen Frequenz gleich der Differenz zwischen der Frequenz des Eingangssignals an der Eingangsklemme und der Frequenz des Normalsignals vom Generator ist, und daß eine Ausgangssignalerzeugungseinrichtung aus dem Differenzsignal das Ausgangssignal bildet, das aus einer vorgegebenen Anzahl von Eingangssignalzyklen pro Differenzsignalzyklus besteht.
Die Ausgangssignalerzeugungseinrichtung weist vorzugsweise ein Verzögerungsglied auf, das das Differenzsignal um die vorgegebene Anzahl von Eingangssignalperioden verzögert. Zur Bildung des Ausgangssignals wird das- verzögerte Signal und das Differenzsignal einem Gatter oder Tor zugeführt.
Das Subtrahierglied enthält vorzugsweise ein taktiertes bistabiles Glied, das das Normalsignal einmal pro Eingangssignalperiode tastet und den getasteten Wert bis zum nächsten Tasten hält.
Ferner enthält das erfindungstgemäße Gerät vorzugsweise ein' zweites Subtrahierglied, das ein zweites Differenzsignal liefert, dessen Phase von der Phase des ersten Differenzsignals abweicht. Weiterhin ist vorzugsweise eine Schalt-
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einrichtung vorhanden, die das Ausgangssignal in Abhängigkeit von der Polarität dea zweiten Differenzsignals in einer solchen Weise schaltet, daß der Richtungssinn der gebrochenen · Eingangssignalperiodendifferenz angezeigt wird.
Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand von Zeichnungen beschrieben.
Mg. 1 zeigt im Blockschaltbild eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts.
Pig. 2 zeigt im Blockschaltbild eine weitere Ausführungsform des erfindungsgemäßen Geräts.
Das in Pig. 1 gezeigte Gerät enthält einen Generator 10, bei dem es sich um einen 100-kHz-Kristalloszillator handelt. Das eine Ausgangssignal des Generators 10 ist ein Rechteckwellen-Normalsignal, dessen.Phasenwinkel 0° betragen soll. Dieses Normalsignal mit einem Phasenwinkel von 0° wird einem bistabilen Glied 11 zugeführt, das von einem über eine Eingangsklemme 12 zugeführten Rechteckwellen-Eingangssignal getriggert wird. Beim Auftreten der Vorderflanke des Eingangssignals liefert das bistabile Glied 11 an seinem Ausgang 1 ein Signal, das gleich dem Momentanwert des vom Generator 10 kommenden Normalsignals ist. Das Signal am Ausgang 1 bleibt auf diesem Wert während eines vollständigen Zyklus des Eingangssignals. Perner liefert das bistabile Glied 11 an einem Ausgang 0 ein Signal, das dem invertierten Signal am Ausgang 1 entspricht.
Ein Verzögerungsglied 13 und ein UND-Glied H liefern zusammen das Ausgangssignal. Bei dem Verzögerungsglied 13 handelt es sich um ein bistabiles Glied, das vom Eingangssignal getriggert
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wird und an seinem Ausgang 1 ein Signal liefert, das dem um eine EingangssignalpBriote verzögerten Signal am Ausgang 1 des bistabilen Glieds 11 entspricht. Das UND-Glied H ist an den Ausgang 1 des Verzögerungsglieds 13 und an den Ausgang 0 des bistabilen Glieds 11 angeschlossen.
Ein bistabiles Glied 15 ist an einem zweiten Ausgang des Generators 10 angeschlossen. Das Signal am zweiten Ausgang des Generators 10 ist gleich dem Signal am ersten Generatorausgang, jedoch um 90° verzögert. Weiterhin ist das bistabile Glied 15 in der gleichen Weise an die Eingangsklemme 12 angeschlossen wie das bistabile Glied 11.
Ein UND-Glied 20 ist mit dem Ausgang des UND-Glieds 14 verbunden und an den Ausgang 1 des bistabilen Glieds 15 angeschlossen. Ein UND-Glied 21 ist ebenfalls mit dem Ausgang des UND-Glieds 14 verbunden und an den Ausgang 0 des bistabilen Glieds 15 angeschlossen. Den UND-Gliedern 20 und ist jeweils ein Verstärker 22 bzw. 23 nachgeschaltet. Die Verstärker speisen ein Meßwerk 24, dem ein Kondensator 25 parallel geschaltet ist.
Beim Betrieb des Geräts wird das Signal XQ, das gleich dem vom Generator 10 gelieferten Rechteckwellen-Normalsignal · mit einem Phasenwinkel von 0° und einer Normalfrequenz von 100 kHz ist, von dem bistabilen Glied 11 getastet, und zwar einmal pro Zyklus oder Periode des Eingangssignals. Das Tasten findet dabei jeweils beim Auftreten der Vorderflanke des mit V bezeichneten Eingangssignals statt. Wenn das Eingangssignal. V dieselbe Frequenz hat wie das Signal XQ, sind die Ausgangssignale des bistabilen Glieds 11 konstant. Palis die. Frequenz des Eingangssignals V von der Frequenz des Generators 10 um ein geringes Maß abweicht, tritt am Ausgang 1 des bistabilen Glieds 11 ein Differenzsignal DQ auf, dessen Frequenz gleich der Differenz zwischen der Frequenz des Eingangssignals und der Normalfrequenz des
Generators 10 ist. Das am Ausgang 0 des bistabilen Glieds auftretende Signal wird DQ ( = D180) genannt.
Das Differenzsignal DQ wird dem Verzögerungsglied 13 zuge^ führt. Das Ausgangssignal D'Q des Verzögerungsglieds 13 ist gleich dem um eine Eingangssignalperiode verzögerten Signal DQ. Das Signal JÖ'0 wird zusammen mit dem Signal DQ dem UND-Glied 14 zugeführt.
Wenn sich beispielsweise am Anfang einer bestimmten Eingangssignalperiode der Werte des Signals DQ von 1 nach 0 ändert, dann ändert sich der Wert des Signals DQ im asIben Augenblick vom Wert O zum Wert 1.
Das Signal D'o ändert sich von 1 nach 0 eine Periode später. In der Zwischenperiode des Eingangssignals haben daher die beiden Signale Df 0 und DQ den Wert 1. In dieser Zwischenperiode tritt daher am Ausgang des UND-Glieds 14 ein Signal auf. Wenn sich der Wert des Signals DQ von O nach 1 ändert, haben während einer Periode die beiden Signale D'o und !D0 den Wert O. Dabei liefert jedoch das UND-Glied 14 an seinem Ausgang kein Signal. Bei jeder Periode des Differenzsignals D0 tritt also am Ausgang des UND-Gliedes 14 ein Ausgangssignal P auf, das aus einer Eingangsignalperiode besteht. Wenn das Ausgangssignal des UND-Gliedes 14 gemittelt wird, dann erhält man die gebrochene Abweichung der Eingangsperiode von der Normalperiode.
Es ist von Bedeutung, daß die das Signal P bildenden Impulse keine konstante Breite oder länge haben, sondern daß ihre Länge gleich der Periodenlänge des Eingangssignals ist. Palis ihre länge konstant wäre, dann würde der Mittelwert der Impulse <P>folgender Beziehung gehorchenι
<P> /vf ν - fx
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Dabei bedeuten fv die Frequenz des Eingangssignals und fx die !Frequenz des Generators 10.
Da die Impulse jedoch keine konstante Länge haben, gilt:
<P> ^v (fv - fx) Tv.
Dabei ist Tv die Periode des Eingangssignals.
Hieraus folgt:
Tv Tx Tx
A T
Tx
ist also der auf die Normalperiode Tx bezogenen gebrochenen Periodendifferenz proportional.
Das Signal P liefert jedoch in dieser Form keinen Hinweis auf die Abweichungsrichtung, da das Differenzsignal DQ ebenfalls einmal pro Zyklus von 1 nach 0 geht, obwohl der Übergang an einer anderen Stelle im Zyklus auftritt.
Dem bistabilen Glied 15 wird das Signal Xqq vom zweiten Ausgang des Generators 10 zugeführt. In der gleichen Weise wie das bistabile Glied 11 liefert das bistabile Glied 15 an seinem Ausgang 1 ein Differenzsignal DQq und an seinem Ausgang 0 ein Signal Dqq. Zwischen den Signalen Dqq und Dq besteht eine einfache Beziehung. Wenn Tx kleiner als Tv ist,eilt das Signal Dq um etwa 90Oidem Signal DQq vor. Wenn Tx größer als Tv ist, eilt das Signal DQ etwa um 90° dem Signal Dqq nach. Wenn Tx kleiner als Tv ist und DQ von 1 nach 0 übergeht, wenn also Im Signal P ein Impuls auftritt, dann hat das Signal Dq0 den Wert 1. Wenn Tx größer als Tv ist und Dq von 1 nach 0 übergeht, dann hat das Signal Dqq den Wert 0, da es bereits 90° früher nach 0 gewechselt ist. Die Phasendifferenz zwischen dem ersten
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und zweiten Ausgangssignal des Generators 10 braucht nicht unbedingt 90° zu betragen, muß aber hinreichend weit von 0° und 180° entfernt' sein, damit das UND-Glied -14 einen Ausgangsimpuls liefern kann, ohne daß sich während der Impulsperiode das Signal Dq0 ändert.
Das Signal Dq0 wird dem UND-Glied 20 und Signal Dq0 dem UND-Glied 21 zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 14 wird daher entweder vom UND-Glied 20 oder vom UND-Glied
21 durchgeschaltet, je nach dem, ob Tx kleiner oder größer als Tv ist. Das Signal P wird dann entweder vom Verstärker
22 oder vom Verstärker 23 verstärkt, vom Kondensator gemittelt und in dem einen oder in dem anderen Richtungssinn dem Meßwerk 24 zugeführt. Das Meßwerk 24 liefert eine direkte Ablesung des Richtungssinns und des Betrags der gebrochenen Abweichung der Eingangssignalperiode von der Normalperiode.
Das in Pig. 2 gezeigte Gerät baut sich auf dem in Pig. 1 gezeigten Gerät auf. Ähnliche Bauglieder wurden mit demselben Bezugszeiohen versehen. Der Generator 10 von Pig. 1 wurde durch einen 200-kHz-Generator 30 ersetzt.
Der Generator 30 steuert über ein invertierendes Glied 32 a ein bistabiles Glied 31 an. Das bistabile Glied 31 untersetzt die Frequenz'um den Paktor 2 und liefert Signale X0 und X0 an seinen Ausgängen 1 bzw. 0. Die Signale XQ und X0 werden einem bistabilen Glied 33 zugeführt, das dem in Pig. 1 gezeigten bistabilen Glied 11 entsprechen kann und das die Signale XQ und XQ in Übereinstimmung mit dem Signal vom Generator 30 tastet. Da sich kein invertierendes Glied zwischen dem Generator 30 und dem bistabilen Glied 33 befindet, werden die Signale XQ und XQ mit der halben Periode der Generatorfrequenz (200 kHz) nach dem Beginn des Zyklus des Signals X0 getastet, so daß das Ausgangssignal des
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bistabilen Gliedes 33 eine Frequenz von 100 kHz hat und gegen· über dem Signal XQ um eine viertel Periode verschoben ist. Das am Ausgang 1 des bistabilen Glieds 33 auftretende Ausgangssignal Xg0 ist also um 90° gegenüber dem Signal XQ verzögert. Entsprechend ist das Signal Xg0 um 90° gegenüber dem Signal XQ verzögert. Die bistabilen Glieder 11, 13 und 14 entsprechen den in Pig. 1 gezeigten Gliedern und arbeiten in der gleichen Weise. In der Fig. 2 sind ebenfalls die Doppelverbindungen gezeigt, beispielsweise zwischen dem Ausgang 0 des bistabilen Glieds 11 und dem komplementären Eingang des bistabilen Glieds 13. Die Doppelverbindungen sind notwendig, da es sich um bistabile J-K-Glieder handelt. Zwischen der Eingangsklemme 12 und den bistabilen Gliedern befinden sich drei invertierende Glieder 34, 35 und 36, um die richtige Anpassung zu erzielen.
Das in Fig. 2 dargestellte Gerät enthält ferner eine Einrichtung, um den Skalenvollausschlag des Meßwerks zu. ändern. Diese Einrichtung enthält ein Verzögerungsglied 40, ein UND-Glied 41, ein invertierendes Glied 42, ein UND-Glied 43 und ein ODER-Glied 44. Die in Fig. 2 gezeigten UND-Glieder 14, 20, 21, 41 und 43 sind den in der Fig. 1 gezeigten UND-Gliedern 14, 20 und 21 ähnlich,- äußer daß die in Fig. 1 dargestellten UND-Glieder nur dann ein Ausgangssignal liefern, wenn beide Eingangssignale 1 sind, wohingegen die in Fig. 2 dargestellten UND-Glieder ein Ausgangssignal liefern, wenn beide EingangsSignale O sind.
Das als bistabiles Glied aufgebaute Verzögerungsglied 40 arbeitet in der gleichen Weise wie das bistabile Glied 13, um die verzögerten Signale D»o und D»Q zu liefern. Das Signal D»o arbeitet am UND-Glied 41 mit dem Signal DQ zusammen. Das Ausgangssignal des UND-Gliedes 41 ist ein Impuls mit zwei Eingangssignalperioden, der auftritt, wenn das Signal DQ von-1 nach 0 übergeht. Das Ausgangssignal des1
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" m turn! BJi nai!
UND-Gliedes 41 wird über ein invertierendes Glied 42 dem UND-Glied 43 zugeführt, um die richtige Polarität zu erhalten. Das andere Eingangssignal zum UND-Glied 43 ist ein Steuersignal von einer Steuereingangsklemme 45, bei der ein Signal 1 anliegt, wenn beispielsweise bei einer !Frequenzabweichung von 10 fo der Skalenendausschlag erreicht werden soll, und bei der ein Signal 0 anliegt, wenn bei einer Frequenzabweichung von 5 $ der Skalenendausschlag am Meßwerk 24 auftreten soll·
Wenn an der Steuereingangsklemme 45 das Steuersignal 1 anliegt, tritt am UND-Glied 43 das Ausgangssignal O auf und das Ausgangssignal P des ODER-Glieds 44 ist gleich dem Ausgangssignal des UND-Glieds 14, jedoch invertiert.
Wenn an der Klemme 45 das Steuereingangssignal den Wert hat, werden die Ausgangssignale von den beiden UND-Gliedern 14 und 43 dem ODER-Glied 44 zugeführt. Das Ausgangssignal des UND-Glieds 14 ist ein Impuls mit einer Eingangssignalperiode und das Ausgangssignal des UND-Glieds 43 Bt ein Impuls mit zwei Eingangssignalperioden. Dabei tritt die erste Hälfte des Impulses mit zwei EingangsSignalperioden gleichzeitig mit dem Impuls am UND-Glied 14 auf. Das Ausgangssignal des ODER-Glieds 44 ist daher ein einziger Impuls mit einer Länge von zwei Eingangssignalperioden. Am Meßwerk tritt daher bereits bei der halben Frequenzabweichung ein Vollausschlag auf, d.h. bei 5 fi anstatt bei 10 Jt.
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Claims (9)

Patentansprüche
1. Verfahren zum Bestimmen der gebrochenen Differenz zwischen eier Periode eines Eingangssignals und einer Normalperiode, dadurch gekennzeichnet, daß ein Normalsignal mit der Normalperiode oder Normalfrequenz erzeugt wird, daß ein Differenzsignal gebildet wird, dessen Prequenz gleich der Differenz zwischen der Eingangssignalfrequenz und der Norraalfrequenz ist, und daß das Differenzsignal zum Erzeugen eines Ausgangssignal verwendet wird, das aus einer vorgegebenen Anzahl von Eingangssignalzyklen pro Differenzsignalzyklus besteht.
2. Verfahren nach Anspruch "!,dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des AusgangesignaIs das Differenzsignal um die vorgegebene Anzahl von Eingangssignalzyklen verzögert wird und daß das dabei gebildete verzögerte Signal zusammen mit dem Differenzsignal einem Koinzidenztor zugeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des Differenzsignals das Normalsignal einmal in jedem Eingangssignalzyklus getastet wird und daß der getastete Wert bis zur nächsten Tastung gehalten wird.
4. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 3, d a d ur ch gekennze ichnet, daß ein zweites Differenzsignal erzeugt wird, dessen Phase von der Phase des ersten Differenzsignals abweicht, und daß unter Verwendung des zweiten Differenzsignals ein zweites Ausgangssignal erzeugt wird, dessen Polarität von dem Richtungssinn der Differenz zwischen der Periode des Eingangssignals und der Normalperiode abhängt
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5. Gerät zur Ausführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (10) das Normalsignal mit einer Normalperiode erzeugt, daß ein an den Generator und an eine Eingangsklemme (12) angeschlossenes Frequenzsubtrahierglied (11) ein Differenzsignal bildet, dessen Frequenz gleich der Differenz zwischen der Frequenz des Eingangssignals an der Eingangsklemme und der Frequenz des Normalsignals vom Generator ist, und daß eine Ausgangesignalerzeugungseinrichtung (13, H) aus dem Differenzsignal das Ausgangssignal bildet, das aus einer vorgegebenen Anzahl von Eingangssignalzyklen pro Differenzsignalzyklus besteht.
6. Gerät nach Anspruch 5, dadurch gekennzei chn e t, daß die. Ausgangssignalerzeugungseinrichtung ein Verzögerungsglied (13) enthält, das das Differenzsignal um die vorgegebene Anzahl von EingangsSignalzyklen verzögert, und daß die Ausgangssignalerzeugungseinrichtung ein Koinzi-denztor (H) aufweist, das aus dem Differenzsignäl und dem verzögertnn Signal das Ausgangssignal bildet.
7. Gerät; nach Anspruch 6, dadurch gekennzei oh net, daß die Ausgangssignalerzeugungseinrichtung ein weiteres Verzögerungsglied (40) enthält, das mit dem erstgenannten Verzögerungsglied (13) in Kaskade geschaltet ist, um ein zweites Verzögerungssignal zu liefern, das ebenfalls um eine vorgegebene Anzahl von Eingangssignalzyklen verzögert ist, daß ein weiteres Koinzidenztor (41), dem das ; Differenzsignal und das zweite verzögerte Signal zugeführt wird, ein zweites Auegangssignal liefert und daß eine an das ergte ;und zweite Verzögerungsglied angeschlossene Einrichtung (43» 44, 45) das gewünsonte von den beiden Ausgangssignalen auswählt.
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8. Gerät nach einem der Ansprüche 5 "bis 7, dadurch gekennz e ichnet, daß das i^requenzsubtrahierglied ein taktiertes bistabiles Glied (11) aufweist, das das Normalsignal einmal pro Eingangssignalzyklus tastet und den getasteten Wert bis zum nächsten Tasten hält.
9. Gerät nach einem der Ansprüche 5 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß ein zweites Subtrahierglied (15) ein zweites Differenzsignal liefert, dessen Phase von der Phase des ersten Differenzsignals abweicht, und daß eine Schalteinrichtung (20, 21) das Ausgangesigna1 in Abhängigkeit von der Polarität des zweiten Differenzsignals derart schaltet, daß der Richtungssinn der gebrochenen Abweichung der Eingangssignalperiode angezeigt wird.
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