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Verfahren zur elektrischen Frequenzmessung Die Erfindung betrifft
ein Verfahren zur elektrischen Frequenzmessung in einem Bereich, der größer als
der Bereich eines vorgegebenen Frequenzmessers ist, bei dem ein ankommendes Signal
an einen Überlagerungskreis gelegt wird, in dem es mit einer von mehreren zur Verfügung
stehenden, genau bekannten, an den Überlagerungskreis über einen Wahlschalter angelegten
Frequenzen überlagert und die sich ergebende Differenzfrequenz dem Frequenzmesser
über einen Tiefpaß zugeführt wird, dessen Grenzfrequenz im wesentlichen gleich der
oberen Grenze des Meßbereiches des Frequenzmessers ist und bei dem die Summe der
vom Frequenzmesser angezeigten Frequenz und der vom Wahlschalter gewählten und ablesbaren
bekannten Frequenz die zu bestimmende Frequenz des Signals ergibt.
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In der französischen Patentschrift 990 821 ist ein Frequenzmesser
beschrieben, bei dem die Ausgangsfrequenzteilung durch frequenzabhängige Kreise
erfolgt. Es ist mit dieser Vorrichtung nicht möglich, eine Kette aufzubauen, welche
eine exakte Teilung vornimmt, wenn nicht besonders abgestimmt wird.
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Diese Vorrichtung erfordert daher einen hohen apparativen Aufwand
und ist teuer und störungsanfällig.
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Auch wird bei der Vorrichtung nach der erwähnten französischen Patentschrift
der abgelesene Wert nicht direkt als Frequenzwert angegeben, sondern er muß mit
dem jeweiligen Skalenfaktor der Teilerkette multipliziert werden.
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Aufgabe der Erfindung ist ein Verfahren zur Frequenzmessung, bei
dem die erwähnten Nachteile nicht auftreten. Sie hezweckt insbesondere eine einfachere
Ablesung der gemessenen Frequenz und eine Messung in einem sehr weiten Bereich,
der von 10 Hz bis zu praktisch unveränderlich hohen Frequenzen reichen kann.
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Gemäß der Erfindung ist vorgesehen, daß bei einem Verfahren der eingangs
beschriebenen Art eine Einrichtung verwendet wird, die auf die Spannung am Ausgang
des Tiefpasses anspricht und den Wahlschalter derart steuert, daß die im Überlagerungskreis
entstehende Differenzfrequenz in den Durchlaßbereich des Tiefpasses fällt.
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Vorzugsweise wird dabei als Frequenzmesser ein elektronischer Zähler
verwendet, und es ist ein Umformerkreis vorhanden, in dem das zu messende Signal
in Nadelimpulse umgeformt und dem Zähler zugeführt wird, wobei durch einen Steuerkreis
die Zuführung der Impulse zum Zähler derart gesteuert wird, daß die Impulse in festen
Zeitintervallen dem elektronischen Zähler zugeführt werden.
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Nach weiteren bevorzugten Ausführungsformen können zur genauen Bestimmung
eines gewählten Zeitintervalls in dem Steuerkreis ein fester Oszillator und ein
Zähler verwendet werden, der eine bestimmte Anzahl von Schwingungen der erzeugten
Frequenz des Oszillators zählt. Dabei kann der Oszillator zugleich zur Erzeugung
der Signale genau bekannter Frequenz verwendet werden.
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Der Wahlschalter kann so ausgebildet sein, daß er Schritt für Schritt
fortgeschaltet wird, wenn keine Signale am Ausgang des Tiefpasses erscheinen, wobei
die Fortschaltung selbsttätig elektrisch erfolgen kann.
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Der Betätigungskreis des Wahl schalters wird durch ein Relais gesteuert,
das von einer Elektronenröhre erregt wird, welche beim Auftreten von Signalen am
Ausgang des Tiefpasses derart anspricht, daß der Schalter stillgesetzt wird.
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Zur Einstellung der genau bekannten Frequenz wird zweckmäßig eine
Anzahl selektiv betätigter Schaltkreise verwendet, die durch einen Ringzähler gesteuert
werden können. Der Ringzähler kann dabei durch Signale des Steuerkreises betätigt
werden, wenn keine Signale am Ausgang des Tiefpasses erscheinen.
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Zur Anzeige der bekannten Frequenz kann eine Anzeigeeinrichtung verwendet
werden, welche ähnlich aufgebaut ist wie die Einrichtung, die zur Anzeige der von
dem Zähler aufgenommenen Zahl dient.
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Ausführungsbeispiele der Erfindung werden an Hand der Zeichnungen
näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt schematisch eine Ausführungsform einer Vorrichtung zur
Anwendung des Verfahrens gemäß der Erfindung; Fig. 2 zeigt schematisch eine weitere
Ausführungsform. wobei einige Einzelheiten hervorgehoben sind; Fig. 3 zeigt eine
weitere Ausführungsform.
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In Fig. 1 werden die Signale unbekannter Frequenz über die Klemme
1 an einen Überlagerungskreis 2 ge legt, in dem sie in einem Schwebungsvorgang einer
genau bekannten Frequenz überlagert werden, die in einem Oszillator 4 erzeugt und
mit einem Wahlschalter 3 eingestellt wird. Das -in dem ifberlagerungskreis 2 erzeugte
Signal wird durch einen Tiefpaß 5 einem Frequenzmesser 6 beliebiger Art zugeführt,
der möglichst eine sichtbare Anzeige der Frequenz des angelegten Signals gestatten
soll. Das Ausgangssignal des Tiefpasses 5 wird ferner an eine Einrichtung 7 angelegt,
welche den Schalter 3 von Stellung zu Stellung fortschalten kann, bis ein Signal
vo;n Tiefpaß 5 empfangen wird, wenn die Bewegung des Schalters 3 zur Ruhe kommt.
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In Fig. 2 ist eine weitere Ausführungsform der Erfindung dargestellt,
in der bestimmte Einrichtungen der Fig. 1 entsprechen und daher dieselben Bezugszeichen
erhalten. In Fig. 2 sind jedoch noch mehr Einzelheiten des Frequenzmeßkreises dargestellt.
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Die Signale, die durch den Tiefpaß 5 hindurchgelangen, werden an
einen Umformerkreis 8 angelegt, in dem ein scharfer Impuls (Nadelimpuls) aus jeder
Schwingung der angelegten Schwingungsform gebildet wird und dann zu einem elektronischen
Zähler 9 während eines von einem Steuerkreis 10 abhängigen Zeitintervalls geleitet
wird.
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Der Zähler 9 ist vorzugsweise ein Sechs -Dekaden-Zähler, der am Ende
eines Zeitintervalls eine Anzeige des Ergebnisses liefert; die Dauer des Intervalls,
in der der Kreis 8 durch den Steuerkreis 10 geöffnet wird, ist 1 Sekunde. Die Anordnung
ist dann zur Messung von Signalen mit einer Frequenz bis zu 1 NiIHz geeignet, und
der Tiefpaß 5 ist daher so ausgelegt, daß er eine Grenzfrequenz von ungefähr l MHz
besitzt.
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Die Signale, die durch den Tiefpaß 5 gelangen, werden ferner zur
Steuerung einer Röhre 11 verwendet, welche mit Hilfe eines Widerstandes 12 und einer
Kapazität 13 in ihrem Gitterkreis als Gittergleichrichter dienen kann und deren
Anodenstrom herabgesetzt wird, wenn ein Signal an den Gitterkreis angelegt wird.
Im Anodenkreis der Röhre 11 ist ein Relais 14 angeordnet, welches anzieht, wenn
die Röhre ihren normalen Strom führt, und welches abfällt, wenn ein Signal genügend
hoher Amplitude an das Gitter der Röhre von dem Tiefpaß 5 zugeführt wird. Die Röhre
wird durch eine geeignete Stromquelle 15 mit Anodenstrom versorgt.
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Schalter 3 ist vorzugsweise ein Wahlschalter, wie er in Fernsprechselbstwählanlagen
verwendet wird, und er kann durch einen Betätigungsmagneten 16 mit einer Spannungsquelle
17 von Stellung zu Stellung bewegt werden. Im Normalbetrieb kann sich dieser Stromkreis
an der Kontaktstelle 18 selbst unterbrechen.
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In der Zeit, in der ein Kontakt 19 (Arbeitskontakt des Relais 14)
geschlossen ist, kann der Magnet 16 durch die Wirkung der Kontakte 18 abwechselnd
anziehen und nicht anziehen, so daß der Arm des Schalters 3 kontinuierlich über
die Bank läuft. Wenn aber das am Schalter 3 eingestellte Signal eine solche Frequenz
hat, daß die im Überlagerungskreis 2 erzeugte Frequenz vom Tiefpaß 5 nicht gesperrt
wird, wird die Röhre 11 blockiert, das Relais 14 fällt ab, und der Kontakt 19 unterbricht
den Betätigungskreis des Magneten 16, so daß Schalter 3 in dieser Stellung zur Ruhe
kommt.
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Da die Frequenzmessung durch den Zähler 9 in Verbindung mit dem Umformerkreis
8 erfolgt und der
Steuerkreis 10 auf sechs Stellen ausgelegt ist, ist es notwendig,
daß die Intervalle von 1 Sekunde, welche von dem Steuerkreis 10 eingeregelt werden,
genügend genau sind. Man wird daher zweckmäßig den Steuerkreis 10 so auslegen, daß
er selbst einen Sechs-Dekaden - Zähler enthält, welcher Impulse zählt, die von einem
piezoelektrischen Kristall erzeugt werden, der auf eine Frequenz von 1 NiHz ausgelegt
ist. Die Signale genau bekannter Frequenz, welche durch den Schalter 3 eingestellt
werden, können nun bequem aus Schwingkreisen 20 entnommen werden, welche die zweite,
dritte, vierte und fünfte Harmonische der Oszillatorfrequenz hindurchlassen.
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Zur bequemeren Bedienung der Vorrichtung können Schaltanordnungen
vorgesehen werden, durch die bei Unterbredmng des von dem Tiefpaß 5 durchgelassenen
Signals der Schalter 3 in seine Ausgangslage geführt wird (Stellung wie in der Zeichnung)
und dort bleibt, bis er erneut in Bewegung gesetzt wird, wenn der Bedienende einen
Schalter betätigt. Dadurch ist sichergestellt, daß nach Beendigung der Frequenzmessung
und nach Abschalten des Signals von der Klemme 1 die Vorrichtung wieder die Ausgangslage
einnimmt und eine neue Messung erfolgen kann.
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Da die gemessene Frequenz nun die Differenz zwischen der Frequenz
des am Schalter 3 eingestellten bekannten Signals und dem über Klemme 1 zugeführten
unbekannten Signal ist, ist die wirkliche Frequenz die Frequenz des am Schalter
3 eingestellten Signals plus Anzeige des Sechs-Dekaden-Zählers 9. Es ist daher notwendig,
daß die Stellung des Schalters 3 für den Bedienenden erkennbar ist. Zweckmäßig wird
das dadurch erreicht, daß die Schalterstellung durch ein Anzeigegerät sichtbar gemacht
wird, welches ähnlich der Einrichtung arbeitet, die am Zähler 9 die Dekaden anzeigt.
Es kann aber auch eine einfachere Anzeige z. B. durch Skala und Zeiger am Wahlschalter
verwendet werden.
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Die Erfindung ist nicht auf die Einzelheiten der Steuereinrichtung
beschränkt, die im Zusammenhang mit Fig. 2 beschrieben ist, da auch andere geeignete
Einrichtungen im Rahmen der Erfindung verwendet werden können.
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So ist eine weitere beispielsweise Ausführungsform in Fig. 3 dargestellt.
Diejenigen Teile der Vorrichtung, die denen der oben beschriebenen Vorrichtungen
entsprechen, haben dieselben Bezugszeichen erhalten.
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In Fig. 3 ist die mechanische Schalteinrichtung 3 der Fig. 1 und 2
durch einen elektronischen Schalter ersetzt. Zu diesem Zweck ist der Einfachschalter
3 durch eine entsprechende elektronische Schaltung mit einem weiteren Kreis 21 ersetzt,
welcher z. B. einen bekannten Ringzähler enthalten kann, der die Schaltkreise 22,
23, 24 und 25 derart steuert, daß sie nacheinander öffnen.
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Die Vorrichtung nach Fig. 3 arbeitet wie folgt: Signale der unbekannten
Frequenz werden über Klemme 1 dem Überlagerungskreis 2 zugeführt, in dem sie einer
von vier bekannten Frequenzen überlagert werden, welche vielfache Werte (Harmonische)
der Frequenz des Steuerkreises 10 sind und aus einer Schwingkreisanordnung 20 zugeführt
werden. Die zu verwendende Frequenz wird durch Öffnung eines der Schaltkreise 22
bis 25 durch Regelung über die Kreise 7 und 21, wie oben beschrieben, eingestellt.
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Die Einrichtung 7 ist z. B. ein Gleichrichter, der aus dem Ausgangssignal
des Tiefpasses 5 eine gleichgerichtete Spannung erzeugt. Die Ausgangsspannung der
Einrichtung 7 sperrt den Kreis 20, der zweckmäßig einen Ringzähler enthält, welcher
von einer
Schaltstellung zur anderen in kurzen, durch Impulse des
Steuerkreises 10 bestimmten Abständen fortschal tet. Diese Impulse sind zweckmäßig
diejenigen Impulse, welche von dem Steuerkreis 10 erzeugt werden, um die Einrichtung
8 am Ende eines Meßintervalls zu schließen.
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Die beschriebene Anordnung bewirkt, daß der Zähler 9 fortlaufend
Meßperioden durchläuft, in denen keine Zählung registriert wird, bis die Frequenz,
die durch einen der Schaltkreise 22 bis 25 zugeführt wird, hoch genug ist, um das
im Überlagerungskreis 2 erzeugte Signal durch das Filter 5 hindurchgelangen zu lassen.
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Dann spricht Kreis 7 auf ein Signal am Ausgang des Tiefpasses 5 an
und verhindert das weitere Fortschreiten des Wählers 21. Anschließend wird der Zähler
9 in aufeinanderfolgenden Meßperioden in Tätigkeit gesetzt, in denen jeweils die
Frequenz des Schwel>ungssignals aus dem Überlagerungskreis 2 gemessen wird. Wie
bereits im Zusammenhang mit den Vorrichtungen der Fig. 1 und 2 beschrieben, ergibt
diese Frequenz plus der dem Überlagerungskreis 2 durch die Schaltkreise 22 bis 25
zugeführten Frequenz die Frequenz des an die Klemme 1 angelegten Signals.
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PATEX TAXSPRÜCHE 1. Verfahren zur elektrischen Frequenzmessung in
einem Bereich, der größer als der Bereich eines vorgegebenen Frequenzmessers ist,
bei dem ein ankommendes Signal an einen Überlagerungskreis gelegt wird, in dem es
mit einer von mehreren zur Verfügung stehenden, genau bekannten, an den Überlagerungskreis
über einen Wahlschalter angelegten Frequenzen überlagert und die sich ergebende
Differenzfrequenz dem Frequenzmesser über einen Tiefpaß zugeführt wird, dessen Grenzfrequenz
im wesentlichen gleich der oberen Grenze des Meßhereichs des Frequenzmessers ist
und bei dem die Summe der von dem Frequenzmesser angezeigten Frequenz und der vom
Wahlschalter gewählten und ablesbaren bekannten Frequenz die zu bestimmende Frequenz
des Signals ergibt, dadurch gekennzeichnet, daß eine Einrichtung verwendet wird,
die auf die Spannung am Ausgang des Tiefpasses anspricht und den Wahlschalter derart
steuert, daß die im Überlagerungskreis entstehende Differenzfrequenz in den Durchlaßbereich
des Tiefpasses fällt.