Einrichtung für die Frequenzanalyse von elektrischen Schwingungsvorgängen. Bei bekannten Einrichtungen für dien Nachweis von bestimmten. Komponenten in einem Gemisch von verschiedenfrequenten elektrisehen Seltwingunge:
n wird dieses durch Modulation mit einer in der Frequenz ein stellbaren Hilfsschwingung so verschoben, dass die deren Frequenz der Summe aus der Frequenz der nachzuwei senden Schwingung und der @i@fsseh -in- gungsfrequenz entspricht. in -den seh.malen Durchlassbereich eines meist fest eingestell ten Bandpassfilters fällt.
Gewöhnlich wird dabei die am Fillterausga.ng auftretende Span nung gleichgerichtet und einem Messi.nstrti- ment zugeführt.
Es ist auch schon vorgeschlagen worden, das: 1llodulationsprodtikt über ein Tiefpass- filter zu leiten und an dessen Ausgang die Schwingung zu kontrollieren, deren Frequenz der Differenz der Frequenz der nachzu-%vei- sen-den Schwingung und der Hilfsse.liwin- gungsfrequenz entspricht.
In diesem Fäll wird die Frequenz der Modulationshilfs- schwingung jenveils so gewählt, dass sie we-. nigstens angenähert mit der Frequenz der nachzuweisenden Schwinbungskompou erste übereinstimmt.
Der Vorteil dieser Art. der Wellenanalyse besteht in der Vermeidung von teuren Bandpass-filtern mit hoher Durch- laBfrequenz. Eine Schwierigkeit besteht je doch in der Erzeugung von Kontrollgrössen, mittels welchen bestimmte Komponenten des zu untersuchenden Schwingungsgemische eindeutig nachgewiesen werden können.
Im folgenden werden zunächst diese Sehwierigkeiten bei der Frequenzanalyse eines Schwingungsgemisches u näher er läutert: Das zu analysierende Schwingungsgemisch u 'lässt sieh durch fol1ge.nden Ausdruck dar stellen:
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<I>2G <SEP> = <SEP> <B>@@ <SEP> Un</B> <SEP> #</I> <SEP> Sin <SEP> (o)n <SEP> # <SEP> <B><I>t</I></B><I> <SEP> -I- <SEP> <B>lPn)</B></I> wobei L', die Amplitude, (J)" die Kreisfre quenz und 9p" die Phase der it-ten Schwin gungskomponente und t. die Zeit ist.
Für die 45 Modulations:hilfsschwingung no gilt die ent sprechende Beziehung
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<I>uo <SEP> =</I> <SEP> Uo <SEP> # <SEP> sin <SEP> <I>(m"1 <SEP> -f- <SEP> 9a)</I> Die Kreisfrequenz co" der Hilfsschwingung zco stimmt mit. der Kreisfrequenz (v", :d-er Seliwingungskomponente u",, deren Vorhan densein oder Nielit.vorhandhrsein ein Schwin gungsvorgang nachgewiesen werden soll, we nigstens. angenähert überein.
Es gilt also: <B>WO</B> =0vm+dco Die beiden Sehwingungen u", und zc" können somit wie folgt dargestellt werden: u", =<B><I>b</I></B> l. # sin <B> 0.
'</B> + #P.) tbo = Up # Sin ([C0," + d CU]t + (Po) Das in einem Modnlator mit quadratischer Kennlinie gebildete Modulationsprodukt weist unter anderem die Schwingung
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2 <SEP> # <SEP> c <SEP> # <SEP> 24m <SEP> # <SEP> dl. <SEP> = <SEP> (:
<SEP> . <SEP> Um <SEP> . <SEP> Z% <SEP> [cos <SEP> <I>(lJCO <SEP> t <SEP> + <SEP> SD. <SEP> - <SEP> !9m)</I> <SEP> - <SEP> cos <SEP> <I>( Z</I> <SEP> <B>Co.</B> <SEP> <I>t <SEP> -\- <SEP> J <SEP> CO <SEP> t <SEP> + <SEP> C <SEP> ("m <SEP> +</I> <SEP> <B>#O</B><I>u)]</I> auf. Das Tiefpassfilter lässt von dieser Schwin gung nur die Komponente c# Um#Uo#cos (d0) .t-[-dcP)
-durch. Bei kleinen Werten des Gliedes<I>d</I> cot tritt am Ausgang -des Tiefpassfilters eine sehr langsam schwankende Sinusspannung auf, welche im nachfolgenden Anzeigeinstrument keinen eindeutigen Naehwei.s der Spannung u," ermöglicht. Wird dagegen das Glied<I>d</I> o-)t gleich Null, d. h.
stimmen die Frequenzen der nachzuweisenden Schwingungen u", und der Hilfsschwingung uo genau überein, so ent spricht dem Modulationsprodukt eine Gleich spannungsko.mponente, welche ,einen der Pha.- send'ifferenz <I>d</I> cp entsprechenden, zwischen den Spannungswerten -j- <I>c</I> # <I>Um</I> # U. und<I>-c :
</I> U", # Ua liegenden Wert annimmt. Ein Nachweis der Schwingungskomponente um ist gleichfalls nicht möglich.
Gegenstand der Erfindung ist nun eine Einrichtung für .die Frequenzanalyse von elektrischen Sichwingmngsvorgängen, welche den gewünschten Nachweis gewährleistet. Sie zeichnet sich erfindungsgemäss. @d'a-durch aus, cdass sie mindbkens ein Paar Modulatoren auf weist., denen je der zu analysierende Schwin gungsvorgang und eine von zwei Hilfs schwingungen zugeführt werden, wobei die Hilfsschwingungen gleiche Frequenz, aber .
verschiedene Phase haben, und dass den llZo- dul.atoren je ein Tiefpassfilter nachgeschaltet ist, wobei sowohl die positiven als auch die negativen Komponenten der Ausgangsspan nungen dieser Tiofpasstilter stets im gleichen Sinne auf eine Kontrollvorrichtung einwir ken, welche infolgedessen das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein einer bestimmten Frequenz indem Schwingungsvorgang nach weist.
Bei den zu analysierenden Schwingungs- vorgängen, kann es sich sowohl um ein Ge misch von verschiedenfrequenh.en Schwingun- gen,, als auch um eine einzige Minusschwin gung handeln. An Hand der Fig. 1-4 der Zeichnung; werden im folgenden Ausführungsbeispiele der erfindungsgemässen Einrichtung erläu tert, wobei -die Bezugszeichen in allen Figil- ren dieselbe Bedeutung haben.
Inder Fig. 1 der Zeichnung ist das Prin- zips,chema eines ersten Ausführungsbeispiels der erfindungsgemässen Einrichtung darge stellt.
Das zu untersuchende Schwingung-- gemisc11 ic wird in den D1odulatoren t11,, -1l; mit zwei Hilfsschwingungen lt, und u"' mo duliert, welche sich in der Phase T um 9G" unterscheiden und im Generator G erzau-t werden.
In den Modlulatore.n Ml, M2 entste hen die lflodulationsprodul,:te E, und E2, von denen,da;s erstere die 'Schwingung 2'.<I>c .</I> u,n. u" und das letztere die ,Schwingung <I>2. c .</I> u, <I>.</I> u"' enthält, wobei c eine Konstante ist.
Vom Tiefpassfilter TP, wird nur die Komponente
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<I>ei <SEP> =c#U"#Uo#cos(da)t+d#9)</I> der Schwingung<I>c .</I> u," <I>.</I> u." durchgelassen und das Tiefpassfilter TP;;
unterdrückt säm.tliehe Komponenten der Schwingung<I>? . c .</I> u", # u" ausser der Komponente
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<I>e- <SEP> = <SEP> c <SEP> . <SEP> Um <SEP> .
<SEP> Uo</I> <SEP> cos <SEP> <I>(Qm <SEP> t <SEP> -j- <SEP> Q <SEP> (P <SEP> - <SEP> 90 )</I>
<tb> <I>=c.Um.Uasin(dcut-@-dc)</I> Die Schwingungen e,, e, erden den Doppel- weggl.eichrichtern <I>D,,</I> D2 zugeführt, welche quadratische Kennlinien besitzen, so dass ail deren Ausgang .die Schwingungen
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<I>ai <SEP> = <SEP> c' <SEP> . <SEP> (Um <SEP> .</I> <SEP> Uo)2. <SEP> cos= <SEP> <I>(d <SEP> Cu <SEP> t <SEP> -j- <SEP> d <SEP> y)</I>
<tb> und
<tb> <I>v2 <SEP> =c'.(U",.
<SEP> Uo)=#sin=(J0t+J(p)</I> entstehen. Die Summenspannung
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z <SEP> - <SEP> U, <SEP> .+ <SEP> ,t;, <SEP> - <SEP> c' <SEP> . <SEP> (U > <SEP> . <SEP> UO)2 stellt eine eindeutige K Kontrollgrösse für ,den Nachweis der Schwingungskomponente u", ,dar, da sie unabhängig ist von der zwischen der Schwingung u,n einerseits und den Schwingungen u",
u" anderseits herrschen den Frequenz- und Phasendifferenzen <I>d</I> ui und d g9. Die erreichbare Genauigkeit der Konrpo- nentenaussiebung hängt von der Grenzfre- quenz oog des T'iefpa,ssfilters ab.
Die Schwin- nuna komiponenten, welche innerhalb des Fre- quenzgemisches durch die Einrichtung zur Anzeige gebracht werden,
lieben innerhalb eines Frequenzbereiches von <I>1</I> cuo <I>-</I><B>WM</B> I < cog Die in der Fig. 1 .dargestellte Anordnung besitzt messteehnisch.e Anwendunbsmöglich- keiten, indem mit mehreren solchen Anord nungen z. B. die einzelnen fioinponenten eine Frequenzbemisches zur Bestimmung des Klirrfaaktors feststellbar sind.
Ein wichtiges Anwendunbs"",ebiet .der be schriebenen Einrichtung ist die F'ernmelde- und Fernsteuerteehnik, wo gewisse Befehle durch bestimmte Komponenten eines Gemi sches verse.hiedenfrequenter Schwingungen gekennzeichnet sind.
Lm die Signalübermitt- lung zwischen zwei Stationen in beiden Rich- tun.gen zu ermöglichen, werden die Sende- schwinbunben sowie auch die 14lodulations- hilfsschwingungen sende- und empfangssei- tig mit bleichartigen Generatoren erzeugt.
Die Fig. 2 zeigt. nun eine für Fernmelde- und Fernsprechzwecke verwendbare Anordnung für clk@n bleichzeitigen Nachweis verschiede ner Komponenten des zu untersuchenden Schwinbunbsbe,misches ic. Sie tellt den Zu sammenbau von direi Anordnungen gemäss Fiu. 1 dar,
denen das @chwinbung\bemi@ch u bleichzeitig zugeführt. wird. Die verschie denen Modulationshilfsschwing inben -erden mittels eines gemeinsamen Hilfsgenerators G erzeugt.
Als Hilf.benerator G wird zweck mässig ein solcher mit einer .der Anzahl der nachzuweisenden Frequenzen entsprechen den Anzahl verschieden bezalinter Tonräder verwendet, wodurch in einfacher Weise die benötigte Zahl von Hilfsschwingungen er- zeubbar ist, indem pro Tonrad je zwei elek trisch um 90" verschobene Induktionsspu- len vorhanden sind.
Bei fernmeldetechnischen Anwendunbeii müssen die Gleichrichter D,, D2 nicht unbe- dinät exakt quadratische Kennlinien auf weisen. Es kann auch überhaupt auf die Gleichrichtung verzichtet werden, indem, ein Doppelrelais verwendet wird, welches zwei Wicklungen mit getrennten Kernen aufweist, die von den Spannungen e,, e.= erregt werden.
So ist gemäss der in Fig. 3 #dargestellten De tailvariante eine .der Relaiswicklungen <B>8</B> an das entsprechende Tiefpassfilter angeschlos- sen. Da die beiden Wicklungen sowohl bei positiven als bei negativen \'Venen der Aus- goan gsspannunben der Tiefpassfil'ter den ge meinsamen Anker anziehen und die <RTI
ID="0003.0113"> Anzie- hungskraft angenähert quadratisch von der Spannung abhängt, ist. .die Wirkun- dieser Kontrollvorriehtu.ng bleich -wie diejenige des Anzeigeinstrumentes J mit den quadratischen Doppelwegbleichriehtern D,, D_.
Die Fib. 4 zeigt nochmals die in der Fib. 1 gezeigte Einrichtung mit. einer etwas aus führlicheren Darstellung der einzelnen Strom kreise.
J ist ein Instrument, welches die Summenspannung v misst.<I>TU</I> ist ein bei spielsweise permanent magnetisches Tonrad des Hilfsgenerators G, welches an den In duktionsspulen S,, S., vorbeigedreht wird, wodurch in diesen die um 90 phasenver schobenen @@@echsel#pannunben ci". zt-o" erzeugt werden.
Equipment for the frequency analysis of electrical oscillation processes. With known institutions for the detection of certain. Components in a mixture of different frequency electrical singular vibrations:
n this is shifted by modulation with an auxiliary oscillation adjustable in frequency so that its frequency corresponds to the sum of the frequency of the oscillation to be detected and the @ i @ fsseh -in- gation frequency. in -the visible pass band of a mostly fixed bandpass filter falls.
Usually the voltage occurring at the filter output is rectified and fed to a measuring instrument.
It has also already been proposed that the modulation principle should be passed through a low-pass filter and that the oscillation should be controlled at its output, the frequency of which corresponds to the difference between the frequency of the oscillation to be detected and the auxiliary oscillation frequency .
In this case, the frequency of the modulation auxiliary oscillation is chosen in such a way that it w-. at least approximately corresponds to the frequency of the Schwinbungskompou to be detected.
The advantage of this type of wave analysis is the avoidance of expensive bandpass filters with a high pass frequency. One difficulty, however, is the generation of control variables by means of which certain components of the vibration mixture to be examined can be clearly identified.
In the following, these difficulties in the frequency analysis of a vibration mixture will be explained in more detail: The vibration mixture to be analyzed can be represented by the following expression:
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<I> 2G <SEP> = <SEP> <B> @@ <SEP> Un </B> <SEP> # </I> <SEP> Sin <SEP> (o) n <SEP> # <SEP> <B><I>t</I></B> <I> <SEP> -I- <SEP> <B>lPn)</B> </I> where L ', the amplitude, (J) "Die Kreisfre frequency and 9p" is the phase of the it-th vibration component and t. the time is.
The corresponding relationship applies to the 45 modulation auxiliary oscillation no
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<I> uo <SEP> = </I> <SEP> Uo <SEP> # <SEP> sin <SEP> <I> (m "1 <SEP> -f- <SEP> 9a) </I> The Circular frequency co "of the auxiliary oscillation zco agrees. the angular frequency (v ",: the vibration component u", the presence or absence of which a vibration process is to be detected, at least approximately corresponds.
The following applies: <B> WO </B> = 0vm + dco The two visual vibrations u ", and zc" can thus be represented as follows: u ", = <B> <I> b </I> </ B > l. # sin <B> 0.
'</B> + #P.) Tbo = Up # Sin ([C0, "+ d CU] t + (Po) The modulation product formed in a modulator with a square characteristic shows, among other things, the oscillation
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2 <SEP> # <SEP> c <SEP> # <SEP> 24m <SEP> # <SEP> dl. <SEP> = <SEP> (:
<SEP>. <SEP> To <SEP>. <SEP> Z% <SEP> [cos <SEP> <I> (lJCO <SEP> t <SEP> + <SEP> SD. <SEP> - <SEP>! 9m) </I> <SEP> - < SEP> cos <SEP> <I> (Z </I> <SEP> <B> Co. </B> <SEP> <I> t <SEP> - \ - <SEP> J <SEP> CO <SEP > t <SEP> + <SEP> C <SEP> ("m <SEP> + </I> <SEP> <B>#O</B> <I> u)] </I>. The low-pass filter leaves only the component c # Um # Uo # cos (d0) .t - [- dcP) of this oscillation
-by. In the case of small values of the element <I> d </I> cot, a very slowly fluctuating sinusoidal voltage occurs at the output of the low-pass filter, which does not allow a clear indication of the voltage u, "in the following display instrument. If, on the other hand, the element <I> d </I> o-) t equal to zero, ie
if the frequencies of the oscillations to be detected u ″ and the auxiliary oscillation uo exactly match, the modulation product corresponds to a DC voltage component which, corresponding to the phase send difference <I> d </I> cp, between the Voltage values -j- <I> c </I> # <I> Um </I> # U. and <I> -c:
</I> U ", # Ua assumes a lying value. A proof of the vibration component um is likewise not possible.
The subject of the invention is a device for .die frequency analysis of electrical Sichwingmngsvorgänge, which ensures the desired detection. It is distinguished according to the invention. @ d'a-durch aus, that it at least has a pair of modulators, each of which is supplied with the vibration process to be analyzed and one of two auxiliary vibrations, the auxiliary vibrations having the same frequency, but.
have different phases, and that the IIZodul.atoren each a low-pass filter is connected downstream, both the positive and the negative components of the output voltages of these Tiofpasstilter always act in the same sense on a control device, which consequently the presence or absence of a certain Frequency in the oscillation process shows.
The vibration processes to be analyzed can be a mixture of vibrations of different frequencies as well as a single minus vibration. 1-4 of the drawing; In the following exemplary embodiments of the device according to the invention are explained, the reference symbols in all figures having the same meaning.
1 of the drawing shows the principle and structure of a first exemplary embodiment of the device according to the invention.
The oscillation to be examined - mixed 11 ic is in the modulators t11 ,, -1l; with two auxiliary oscillations lt, and u "'modulated, which differ in phase T by 9G" and are generated in generator G.
In the modulators.n Ml, M2 arise the lflodulationsprodul,: te E, and E2, of which, the former the 'oscillation 2'. <I> c. </I> u, n. u "and the latter contains the 'oscillation <I> 2. c. </I> u, <I>. </I> u"', where c is a constant.
From the low-pass filter TP, only the component
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<I> ei <SEP> = c # U "# Uo # cos (da) t + d # 9) </I> of the oscillation <I> c. </I> u," <I>. </ I > u. "passed and the low-pass filter TP ;;
suppresses all components of the oscillation <I>? . c. </I> u ", # u" except for the component
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<I> e- <SEP> = <SEP> c <SEP>. <SEP> To <SEP>.
<SEP> Uo </I> <SEP> cos <SEP> <I> (Qm <SEP> t <SEP> -j- <SEP> Q <SEP> (P <SEP> - <SEP> 90) </ I>
<tb> <I> = c.Um.Uasin (dcut - @ - dc) </I> The vibrations e ,, e, are fed to the double path rectifiers <I> D ,, </I> D2, which have quadratic characteristics, so that all their output .the oscillations
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<I> ai <SEP> = <SEP> c '<SEP>. <SEP> (To <SEP>. </I> <SEP> Uo) 2. <SEP> cos = <SEP> <I> (d <SEP> Cu <SEP> t <SEP> -j- <SEP> d <SEP> y) </I>
<tb> and
<tb> <I> v2 <SEP> = c '. (U ",.
<SEP> Uo) = # sin = (J0t + J (p) </I> arise. The total voltage
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z <SEP> - <SEP> U, <SEP>. + <SEP>, t ;, <SEP> - <SEP> c '<SEP>. <SEP> (U> <SEP>. <SEP> UO) 2 represents a clear K control variable for, the detection of the vibration component u ", since it is independent of the relationship between the vibration u, n on the one hand and the vibrations u ",
On the other hand, there are frequency and phase differences <I> d </I> ui and d g9. The achievable accuracy of the filtering out of the components depends on the cutoff frequency of the low-pass filter.
The Schwin- nuna components, which are displayed within the frequency mix by the device,
love within a frequency range of <I> 1 </I> cuo <I>-</I> <B> WM </B> I <cog The arrangement shown in Fig. 1. has messteehnisch.e application possibilities, by using several such arrangements z. B. the individual fioinponenten a frequency mixture to determine the distortion factor can be determined.
An important application "", ebiet .the be written device is the remote reporting and remote control technology, where certain commands are characterized by certain components of a mixture of different frequency vibrations.
In order to enable the signal transmission between two stations in both directions, the transmission vibrations as well as the auxiliary modulation vibrations are generated with pale-like generators on the transmission and reception side.
Fig. 2 shows. now an arrangement that can be used for telecommunication and telephone purposes for clk @ n bleaching-time detection of various components of the Schwinbunbsbe to be examined, mix ic. It provides the assembly of directives according to Fiu. 1 represents
to whom the @chwinbung \ bemi @ ch u pale fed. becomes. The various auxiliary modulation oscillations inben -erden generated by means of a common auxiliary generator G.
As an auxiliary generator G, it is expedient to use one with a number of frequencies to be detected corresponding to the number of different bezalinter tone wheels, whereby the required number of auxiliary vibrations can be generated in a simple manner by adding two electrical oscillations per tone wheel to 90 " there are displaced induction coils.
In telecommunications applications, the rectifiers D ,, D2 need not necessarily have exactly square characteristics. It is also possible to dispense with rectification at all by using a double relay which has two windings with separate cores which are excited by the voltages e ,, e. =.
According to the detailed variant shown in FIG. 3 #, one of the relay windings 8 is connected to the corresponding low-pass filter. Since the two windings attract the common armature in both positive and negative veins of the output voltage, and the low-pass filters attract the <RTI
ID = "0003.0113"> the force of attraction depends approximately on the square of the voltage. .The effect of this control device is pale -like that of the display instrument J with the square double-way whitening tabs D ,, D_.
The fib. 4 shows again that in Fib. 1 device shown with. a more detailed representation of the individual circuits.
J is an instrument that measures the total voltage v. <I> TU </I> is, for example, a permanently magnetic tone wheel of the auxiliary generator G, which is rotated past the induction coils S ,, S., causing the 90 phasenver schoben @@@ echsel # pannunben ci ". zt-o" are generated.