DE1075473B - Empfanger fur cine Fernmcßemnchtung - Google Patents

Description

. Die Erfindung bezieht sich auf eine Empfangsanordnung für eine Fernmeßeinrichtung. Sie kann sowohl für eine Fernmeßeinrichtung, welche nach dem Frequenzvariationsverfahren arbeitet, als auch für eine Einrichtung nach dem Impulsfrequeiizverfahren verwendet werden. Bei beiden Verfahren dient sie der Umsetzung der einem Meßwert proportionalen Signalfrequenz in eine Rechteckimpulsfolge, deren Mittelwert als der ursprünglichen Signalfrequenz und damit dem Meßwert proportional angezeigt oder registriert wird.

Es sind Empfänger für derartige Fernmeßeinrichtungen bekannt, welche die Signalfrequenz durch aufwendige elektronische Schaltanordnungen in eine Rechteckimpulsfolge umwandeln. So sind z. B. bei einer bekannten Schaltung zwei Stromtore und zwei Elektronenröhren neben einem Empfangstransformator notwendig. Eine andere bekannte Schaltung benötigt neben dem Eingangstransformator und einem Röhrenverstärker mit Amplitudenbegrenzung einen Meß transformator. Bei dieser Schaltung, welche speziell für das Frequenz variationsverfahren angewendet wird, formt der Röhrenverstärker mit Amplitudenbegrenzung die ankommende Signalwechselspannung in eine Rechteckspannung gleicher Frequenz um. Diese Rechteckspannung kann noch nicht — beispielsweise durch eine Mittelwertbildung durch Meßkondensatoren — ziur Anzeige dienen, denn die Amplitude dieser Rechteckspannung ist sehr von den Verstärkerdaten abhängig. Sie muß erst über einen Transfermator aus einem Spezialeisen mit annähernd rechteckiger Magnetisierungskurve in eine Impulsspannung umgewandelt werden, um einen konstanten Integralwert für den Meßstrom zu erhalten. Dabei müssen dann noch die verbleibenden Abhängigkeiten des Integralwertes von der Höhe der Eisensättigung des Transformators durch einen zweiten Transformator korrigiert werden.

Es ist auch ein Impulsgeber bekanntgeworden, der aus einem Vierpol besteht, der aus einer in ihrer Frequenz veränderlichen Spannung eine Impulsfolge ableitet. Wesentliche Teile dieses Vierpols sind ein sogenannter Schmitt-Trigger und ein monostabiler Multivibrator.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, die bekannten aufwendigen Schaltungsanordnungen bei gleichbleibender Leistungsfähigkeit wesentlich einfacher zu gestalten. Sie bezieht sich auf einen Empfänger für eine Fernmeßeinrichtung nach dem Frequenzvariationsverfahren mit Umsetzung der Signalfrequenzen in eine Rechteckimpulsfolge. Ihr kennzeichnendes Merkmal besteht darin, daß eine in an sich bekannter Weise als Umsetzer dienende monostabile Transistor-Kippschaltung über eine Diode an Empfänger für eine Fernmeßeinrichtung

Anmelder:
Siemens & Halske Aktiengesellschaft,

Berlin und München,
München 2, Wittelsbacherplatz 2

Dipl.-Ing. Hans Josef Rosen, Karlsruhe,
ist als Erfinder genannt worden

die Sekundärseite eines Eingangstransformators für die Signalfrequenz angeschlossen ist und daß die Rechteckimpulse. über einen Kondensator aus dem Kollektorkreis der Ausgangsstufe der Kippschaltung auskoppelbar sind.

Die Schaltungsanordnung kann schon durch zwei Transistoren und zwei Dioden neben einem gewöhnlichen Eingangstransformator verwirklicht werden. Ihre Vorteile bestehen in einer großen Umsetzgenauigkeit, in einer weitgehenden Unabhängigkeit der Rechteckimpulse von den Transistordaten, der Umgebungstemperatur und der Kurvenform der Ansteuerspannung.

Gegenüber der in. der Einleitung erwähnten Einrichtung, welche einen Schmitt-Trigger im Zusammenwirken mit einem monostabilen Multivibrator umfaßt, erreicht die Einrichtung nach der Erfindung den gleichen Erfolg mit einer geringen Anzahl oder einfacheren Bauelementen. Der sogenannte Schmitt-Trigger, der jn der bekannten Einrichtung verwendet wird, ist eine mindestens ebenso aufwendige Schaltung wie die monostabile Kippschaltung selbst. Die Erfindung kommt ohne jede Triggerschaltung aus.

Die Rechteckimpulse des Umsetzers können-über einen Kondensator aus dem Kollektorstromkreis des Ausgangsstransistors der Kippstufe ausgekoppelt

909 729/275

werden. Diese Maßnahme gestattet, die anschließende Meßschaltung vom Kollektorreststrom des Ausgangstransistors unabhängig zu machen. Die ausgekoppelten Rechteckimpulse können durch eine Diode in einen pulsierenden Gleichstrom umgewandelt, geglättet und dann einer Anzeige- oder Registriervorrichtung zugeführt werden. Der geglättete Gleichstrom ist proportional der ursprünglichen Signalfrequenz.

Zur weitgehenden Verhinderung von Temperaturabhängigkeit der Transistorschaltung können die Transistoren im Bereich der Restspannung zwischen Emitter und Kollektor bei gesättigter Basis arbeiten, welcher Bereich bei den üblichen Transistoren die gleiche und temperaturunabhängige Größenordnung hat.

Die Schaltungsanordnung gemäß der Erfindung gestattet auch leicht, einen sogenannten Vortriebsmeßstrom, der durch eine Bezugsfrequenz, beispielsweise für den Meßwert Null, hervorgerufen wird, mit der Betriebsspannung der Schaltungsanordnung zu kompensieren, so daß für die Bezugsfrequenz das Anzeigeinstrument keinen Meßstrom führt. Es lassen sich damit auch Frequenzänderungen direkt anzeigen.

Die Wirkungsweise der Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels, welches in einer schematischen Zeichnung dargestellt ist, erläutert.

Fig. 1 der Zeichnung zeigt einen Schaltplan eines Empfängers nach der Erfindung;

Fig. 2 zeigt den Spannungsverlauf an einem der Transistoren, und

Fig. 3 stellt den Verlauf der ausgekoppelten Spannung dar.

Das Ausführungsbeispiel ist für einen Frequenzbereich von 5 bis 15 Hz bei 0 bis 2 mA Gleichstrom an 200 Ohm dimensioniert. Über einen, in Fig. 1 dargestellten Eingangstransformator Tr gelangt das Eingangssignal, infolge der niedrigen Frequenz differenziert, über eine Diode D₁ an die Basis eines Transistors T₁. Die Diode D₁ ist so geschaltet, daß jeweils nur die negative Amplitude des Signals an die Basis von T₁ gelangt. Der Transistor T₁ ist bei fehlendem Signal infolge der Potentialverhältnisse an entsprechend gewählten Widerständen R₁, R₂ und R_s gesperrt, d. h., sein Kollektorstrom entspricht einem Minimalwert. Ein über die Diode D₁ eintreffender negativer Impuls öffnet den Transistor, d. h., sein Innenwiderstand wird sehr klein. Damit entsteht am Kollektor des Transistors T₁ ein positiver Impuls, der in voller Höhe über einen Kondensator C₁ an die Basis eines Transistors T₂ übertragen wird. Der Transistor T₂ ist durch entsprechend gewählte Widerstände R₅ und R₇ so geschaltet, daß er im Ruhezustand Sättigungsstrom führt. Infolge der Ansteuerung seiner Basis mit einem positiven Impuls wird der Transistor T₂ vollständig gesperrt, d. h., an seinem Kollektor entsteht ein negativer Impuls. Dieser Impuls wird über den Widerstand R₁ an die Basis des Transistors T₁ zurückgeführt, wo er die Wirkung des Eingangssignals unterstützt. Diese positive Rückkopplung bewirkt den bekannten Kippeffekt der Schaltung.

Durch ein über den Eingangstransformator Tr ankommendes Ansteuersignal wird also der Transistor T₁ geöffnet und der Transistor T₂ gesperrt. Dieser Zustand ist aber nicht stabil. Bei Betrachtung des Spannungsverlaufes an der Basis von T₂ erkennt man, daß durch den positiven Spannungssprung Δ U am Kollektor von T₁ die Basis von T₂ um Δ U in den positiven Sperrbereich ausgesteuert wird. Die Aufladung des Kondensators C₁ erfolgt mit der Zeitkonstanten X-C₁- R₅, wobei zu beachten ist, daß der Ausgleichvorgang eine Umladung des Kondensators erstrebt, da bei positiver Basisspannung der Transistoreingang hochohmig ist. Der zeitliche Verlauf der Basisspannung des Tranaistors T₂ ist in Fig. 2 aufgezeichnet. Zum Zeitpunkt t_t wird der Ausgleichvorgang durch das Leitendwerden des Transistoreingangs beim Spannungswert U_B ?« 0 abgebrochen; es setzt nämlich sofort der Kollektorstrom und infolge

ίο der Rückwirkung auf den Transistor T₁ das Rückkippen in den stabilen Ruhestand ein. Bedingt durch das Hin- und Rückkippen entstehen an den Kollektoren Rechteckimpulse der Dauer t_t ^ C₁ · R₅ · In 2 (Bedingung: U_B ^ 0,2 V). Bemerkenswert ist, daß die Impulsdauer bei dieser Schaltung durch den steilen Verlauf der Spannungskurve im Schnittpunkt mit der Abszisse genau bestimmt ist und t₍ unabhängig von Δ U bzw. der Betriebsspannung ist.

Die so durch die negative Halbwelle des Eingangssignals ausgelösten Rechteckimpulse werden über einen Kondensator C_k abgegriffen und mittels einer Diode D₃ gleichgerichtet. Der arithmetische Mittelwert der durch die Gleichrichtung erzeugten Gleichstromkomponente ist proportional der Impulsfolgefrequenz der Rechteckimpulse und damit proportional der ursprünglichen Signalfrequenz. Der Spannungsverlauf an der Diode D_& ist in Fig. 3 aufgezeichnet. Über ein aus einem Widerstand R₈ und einem Kondensator C₁ bestehendes Siebglied (Tiefpaß) wird diese Spannung abgegriffen und einem Anzeigeinstrument M zugeführt.

Aus Fig. 3 ist zu entnehmen, daß die Gleichspannung gegenüber dem Bezugspunkt (Minuspol der Speisespannung) negativ ist. Es ist also möglich, mittels eines Widerstandes R₀ vom positiven Pol der Speisespannungsquelle her eine Gegenspannung am Anzeigegerät zu erzeugen, mit der ein sogenannter Vortriebsmeßstrom, welcher durch eine Bezugsfrequenz hervorgerufen wird, leicht kompensiert werden kann. Damit lassen sich auch Frequenzänderungen mit Hilfe des Empfängers nach der Erfindung direkt anzeigen. Mittels der aufgezeigten Kompensationsmöglichkeit für einen Vortriebsstrom kann eine besondere stabilisierte Kompensationsspannungsquelle eingespart werden, wenn nur die Betriebsspannungsquelle stabilisiert ist.

Mit dieser Empfängerschaltung ist ein relativ guter Wirkungsgrad von 10 bis 20% zu erreichen. Wie eingangs erwähnt wurde, ist die Schaltung für einen Frequenzbereich von 5 bis 15 Hz ausgelegt. Grundsätzlich besteht aber durchaus die Möglichkeit, bei entsprechender Umdimensionierung die Schaltanordnung auch im Bereich mittlerer und hoher Frequenzen zu verwenden.

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Empfänger für eine Fernmeßeinrichtung nach dem Frequenzvariationsverfahren mit Umsetzung der Signalfrequenzen in eine Rechteckimpulsfolge, dadurch gekennzeichnet, daß eine in an sich bekannter Weise als Umsetzer dienende monostabile Transistor-Kippschaltung über eine Diode an die Sekundärseite eines Eingangstransformators für die Signalfrequenz angeschlossen ist und daß die Rechteckimpulse über einen Kondensator aus dem Kollektorkreis der Ausgangsstufe der Kippschaltung auskoppelbar sind.

2. Empfänger nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gleichrichter die ausge-

koppelten Rechteckimpulse in einen der Impulsfolgefrequenz proportionalen Gleichstrom verwandelt.

3. Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Transistoren der Kippstufe im Sättiguingszustand im Bereich der Restspannung arbeiten.

4. Empfänger nach Anspruch 1 oder folgenden, dadurch gekennzeichnet, daß der Pluspol der gleichgerichteten Meßspannung mit dem Minuspol der Betriebsspannung unmittelbar verbunden ist.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Industrie-Elektronik, Heft 2, 3, 1956, S. 35/36.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen