DE1488810C3 - Einrichtung zur stufenweisen Serienvervielfachung einer Frequenz - Google Patents

Einrichtung zur stufenweisen Serienvervielfachung einer Frequenz

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DE1488810C3
DE1488810C3 DE19651488810 DE1488810A DE1488810C3 DE 1488810 C3 DE1488810 C3 DE 1488810C3 DE 19651488810 DE19651488810 DE 19651488810 DE 1488810 A DE1488810 A DE 1488810A DE 1488810 C3 DE1488810 C3 DE 1488810C3
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    • G01MEASURING; TESTING
    • G01RMEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
    • G01R33/00Arrangements or instruments for measuring magnetic variables
    • G01R33/02Measuring direction or magnitude of magnetic fields or magnetic flux
    • G01R33/022Measuring gradient
    • HELECTRICITY
    • H03ELECTRONIC CIRCUITRY
    • H03BGENERATION OF OSCILLATIONS, DIRECTLY OR BY FREQUENCY-CHANGING, BY CIRCUITS EMPLOYING ACTIVE ELEMENTS WHICH OPERATE IN A NON-SWITCHING MANNER; GENERATION OF NOISE BY SUCH CIRCUITS
    • H03B19/00Generation of oscillations by non-regenerative frequency multiplication or division of a signal from a separate source

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Description

Patentansprüche:
1. Einrichtung zur Vervielfachung der Frequenz einer sich kontinuierlich oder impulsförmig ändernden Spannung variabler Frequenz mit mehreren in Reihe geschalteten Vervielfacherstufen, bei der jede Vervielfacherstufe Doppelweggleichrichter enthält, deren Zweige durch symmetrische Dreieckspannungen gespeist sind und deren Ausgangsspannungen gegenphasig addiert die nachgeschaltete Vervielfacherstufe speisen, insbesondere für Frequenzmeßvorrichtungen an Protonenmagnetometern, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreieckspannung jedem Zweig (10, 14) eines jeden Doppelweggleichrichters (8) gleichphasig zugeführt ist und in einem der beiden Zweige eines jeden Doppelweggleichrichters eine Phasenumkehrstufe (12) angeordnet ist.
2. Einrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem einen Zweig des Doppelweggleichrichters (10, 14) ein Verstärker ungerader Wirkstufenzahl als Phasenumkehrglied (12) angeordnet ist.
Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

  1. Patentanspruch:
    Einrichtung zur Vervielfachung der Frequenz einer sich kontinuierlich oder impulsförmig ändernden Spannung variabler Frequenz mit mehreren in Reihe geschalteten Vervielfacherstufen, bei der jede Vervielfacherstufe Doppelweggleichrichter enthält, deren Zweige durch symmetrische Dreieckspannungen gespeist sind und deren Ausgangsspannungen gegenphasig addiert die nachgeschaltete Vervielfacherstufe speisen, insbesondere für Frequenzmeßvorrichtungen an Protonenmagnetometern, dadurch gekennzeichnet, daß die Dreieckspannung jedem Zweig (10, 14) eines jeden Doppelweggleichrichters (8) gleichphasig zugeführt ist und in einem der beiden Zweige eines jeden Doppelweggleichrichters ein Verstärker ungerader Wirkstufenzahl als Phasenumkchrglied (12) angeordnet ist.
    Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur Vervielfachung der Frequenz einer sich kontinuierlich oder impulsförmig ändernden Spannung variabler Frequenz mit mehreren in Reihe geschalteten Vervielfacherstufen, bei der jede Vervielfacherslufe Doppelweggleichrichter enthält, deren Zweige durch symmetrische Dreieckspannungen gespeist sind und deren Ausgangsspannungen gegenphasig addiert die nachgeschaltete Vervielfacherstufe speisen, insbesondere für Frequenzmeßeinrichtungen an Protonenmagnetometern.
    Es ist bekannt, durch wiederholte Zweiweggleichrichtung die Frequenz einer Wechselspannung mehrfach zu verdoppeln. In einer bekannten Einrichtung (CH-PS 2 83 899) ist hierzu die Wechselspannung der Primärwicklung eines Transformators zugeführt. Seine Sekundärwicklung ist in der Mitte angezapft, und die in den beiden Wicklungsstellen der Sekundärseite entstehenden um 180° phasenverschobenen Spannungen werden jede für sich gleichgerichtet und danach addiert.
    Durch Kondensator- und Drosselglieder werden die addierten Spannungen der Primärwicklung des Transformators der nächsten gleich ausgebildeten Vervielfacherstufe zugeführt.
    Den Einrichtungen ist aber durch die Induktivitäten eine obere Frequenzgrenze gesetzt, ferner arbeiten derartige Einrichtungen nur mit Wechselspannungen fester Frequenz zufriedenstellend.
    Es ist daher bereits vorgeschlagen worden (DT-PS 1196 874), die inkonstante Frequenz einer im Tonbereich liegenden sinusförmigen Wechselspannung, die von einem Protonenmagnetometer herrührt, durch hintereinandergeschaltete Doppelweggleichrichterstufen zu erhöhen; die gewünschte Spannung mit der jeweils doppelten Frequenz bezüglich der Frequenz der Stufeneingangsspannung ist durch LC-Schwingkreise herausgesiebt.
    Da die Eingangsspannung nicht in ihrer Frequenz konstant ist, müssen, um einwandfreies Arbeiten des Vervielfachers zu gewährleisten, die Schwingkreise in ihrer Eigenfrequenz der anliegenden Frequenz bzw. einer ihrer Oberwellen angepaßt werden. Dieses geschieht über einen Servomotorkreis, dessen Meßglied die Ausgangsspannung des ersten Doppelweggleichrichters zugeführt ist. Der Servokreis verstellt über seinen auf die Spulen und/oder Kondensatoren aller Schwingkreise wirkenden Stellmotor die Induktivitäten und/oder Kapazitäten aller Schwingkreise
    ίο derart, daß deren Eigenfrequenz gleich oder ein der Vervielf acherstuf enzahl entsprechendes Vielfaches der Eingangsfrequenz ist.
    Bei dieser Anordnung ist der hohe Aufwand durch die Resonanzfrequenznachführung der Schwingkreise in dem Vervielfacher als nachteilig anzusehen, die sich auch nur innerhalb eines gewissen Bereiches und mit einer relativ großen Nachlaufzeit als durchführbar erweist.
    Weiterhin ist als nachteilig zu betrachten, daß alle Schwingkreise in relativem Gleichlauf zueinander verstellt werden müssen, da nur dann die Spannungen mit der Eingangsfrequenz bzw. mit ihrem der Stufenzahl entsprechenden Vielfachen dieser Frequenz selektiv verstärkt werden können. Diesen relativen
    as Gleichlauf kann man ohne größeren Regelaufwand nicht realisieren.
    Ferner ist eine Vorrichtung zur stufenweisen Frequenzvervielfachung mit mehreren in Reihe geschalteten Doppelweggleichrichtern bekannt (Funkschau 1961, H. 22, S. 573 und 574), bei der jede Vervielfacherstufc zwei Doppehveggleichrichtcr enthält, die mit symmetrischen Dreieckspannungen gespeist sind, die gegeneinander um 180" phasenverschoben sind. Die gleichgerichteten Ausgangsspannungen eines jeden Zweiges beider Doppelweggleichrichter werden wechselweise kombiniert, so daß zwei neue Spannungen entstehen, die wiederum um 180° gegeneinander phasenverschoben sind und die nächste Vervielfachcrstufe speisen.
    Diese Vorrichtungen weisen den Nachteil auf, daß in jeder Vervielfacherstufe vier Einzelspannungen gebildet werden, deren paarweise Kombination zur Ansteuerung der nächsten Stufe benutzt wird. Infolge der unvermeidbaren Unsymmetrien zwischen den einzelnen Gleichrichterzweigen ist die Anzahl der in Reihe schaltbaren Stufen beschränkt und die Anpassung der Spannungen, die miteinander zu kombinieren sind, nur mit größerem Aufwand möglich.
    Die vorliegende Erfindung befaßt sich mit der Aufgäbe, in Einrichtungen der eingangs bezeichneten Art die Anordnung derart zu treffen, daß eine Vervielfachung einer Grundfrequenz auch über eine größere Anzahl von Vervielfacherstufen möglich ist.
    Zur Lösung dieser Aufgabe wird der Erfindung entsprechend bei einer Einrichtung dieser Art vorgeschlagen, daß die Dreieckspannung jedem Zweig eines jeden Doppel weggleich richters gleichphasig zugeführt ist und in einem der beiden Zweige eines jeden Doppelweggleichrichters ein Verstärker ungerader Wirkstufenzahl als Phasenumkehrglied angeordnet ist.
    Mit Einrichtungen nach der Erfindung lassen sich Spannungen an sich beliebiger Kurvenform unter Anwendung geeigneter Vorrichtungen zur Umwandlung der jeweils gerade vorliegenden Kurvenform in symmetrische Dreiecke in ihrer Frequenz vervielfachen, ohne daß Filtervorrichtungen benötigt werden, die abzustimmen sind oder die aus verzerrten pulsie-
    zumessenden magnetischen Feldes variabel ist. Diese Spannung steht bei aperiodischem Betrieb des Protonenmagnetometers nur mit zeitlicher Beschränkung und relativ kurzfristig zur Verfügung.
    Zur Messung der Frequenz ist es unter anderem üblich, entweder während einer bestimmten Periodenzahl die zugehörige Zeit zu messen oder aber die innerhalb einer vorgegebenen Zeit auftretenden Perioden zu zählen. Bei Anwendung des letztgenannten Verfahrens ist an aperiodisch betriebenen Magnetometern die mögliche Meßzeit klein, weshalb wegen des Fehlers der Zählung ein hoher relativer Fehler der Frequenzmessung auftritt. Zur Verkleinerung dieses Fehlers dient der Frequenzvervielfacher, da durch Anwendung einer Vervielfachung der Frequenz der Meßspannung der relative Frequenzmeßfehler um den jeweiligen Vervielfacherfaktor herabgedrückt wird.
    Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel der Erfindung an Hand der Zeichnungen erläutert.
    In der F i g. 1 bedeutet 1 ein z. B. zur Messung der Größe des erdmagnetischen Feldes eingesetztes Protonenmagnetometer mit großem Meßbereich, so daß also dessen Ausgangsspannung innerhalb eines relativ großen Bereiches in der Frequenz variabel ist. Die vom Protonenmagnetometer gelieferte Spannung wird in dem Vervielfacher 2 in der Frequenz erhöht. Die höherfrequente Spannung gelangt zu einem Tor 3, welches von einem Zeitmarkengeber 4 gesteuert ist. Zwischen zwei vom Zeitmarkengeber abgegebenen Impulsen ist das Tor 3 geöffnet, und die Meßspannung läuft zur Auszählung der Perioden zwischen zwei Zeitmarken in den Zähler 5 ein. Dieser zeigt das Zählergebnis direkt in magnetischen Maßeinheiten an.
    Aufbau und Funktion des Frequenzvervielfachers sind in der F i g. 2 näher erläutert.
    Die von dem Protonenmagnetometer erzeugte sinusförmige Meßspannung gelangt zwecks Impulsformung unmittelbar zu einem in üblicher Weise ausgebildeten bistabilen Multivibrator 6, welcher an seinem Ausgang Rechteckimpulse gleicher Periodenzahl bezüglich seiner Eingangsfrequenz abgibt. Diese Rechteckimpulse werden mittels eines z. B. aus Kondensator und gegengekoppeltem Verstärker bestehenden Integrators 7 in symmetrische Dreieckimpulse mit linearem Spannungsanstieg und -abfall umgewandelt. Die so gewonnenen symmetrischen Dreieckimpulse gelangen auf den Eingang einer Frequenzverdopplerstufe 8, die im wesentlichen aus einem Doppelweggleichrichter 10,14 besteht.
    Im oberen Zweig des Doppelweggleichrichters werden die Dreieckimpulse über das Koppelglied 9 auf den Gleichrichter 10 gegeben, über welchen sie direkt zum Ausgang gelangen. Im unteren Zweig liegt gleichfalls ein Ankoppelglied 11, dem das Phasenumkehrglied 12 folgt. Den Abschluß bildet das Koppelglied 13 mit dem Gleichrichter 14. Als Phasenumkehrglied dient, wie ersichtlich, ein einstufiger Transistorverstärker. Die Phasenumkehrstufe soll bei geringem Klirrgrad eine Verstärkung von genau 1 besitzen. Erreicht wird dies durch die Widerstände 17, 18 und 19. Während mit dem Widerstand 18 nach dem Prinzip der halben Arbeitsspannung der Arbeitspunkt des Transistors stabilisiert wird, wobei durch den Widerstand 17 zusätzlich eine hohe Spannungsgegenkopplung auftritt, kann mit dem Stromgegenkopplungswiderstand 19 die Verstärkung auf den gewünschten Wert einjustiert werden. Mit 16 ist der Arbeitswiderstand bezeichnet.
    Im oberen Zweig werden nur positive Impulse vom Gleichrichter 10 durchgelassen. Die negativen werden
    ίο im unteren Zweig vom Phasenumkehrglied 12 in positive verwandelt und nach Passieren des Gleichrichters 14 in die Lücken der ursprünglich positiven Impulse des oberen Zweiges gefügt und gemeinsam mit diesen auf den Verstärker 15 gegeben.
    Dieser Frequenzverdopplungsstufe 8 werden bei Bedarf weitere gleiche unter Zwischenschaltung je eines Verstärkers 15 folgen. Der Verstärker dient zur Anhebung der nach Gleichrichtung auf die Hälfte der Eingangsamplitude abgesunkenen Dreieckspannung.
    Die beschriebene Einrichtung läßt eine mehrfache Serienschaltung von Frequenzverdopplerstufen bei Speisung mit symmetrischen Dreieckimpulsen und Wahrung der Frequenzunabhängigkeit in einem größeren Bereich zu, ohne daß die Schaltung durch das Einbringen von Induktivitäten und Kapazitäten frequenzabhängig wird. Die vorhandenen Kondensatoren in den Koppelgliedern 9, 11,13 werden so groß gewählt, daß ihr Widerstand für den Frequenzbereich, in dem Signale in der Frequenz vervielfacht werden, nicht störend in Erscheinung tritt.
    Für einwandfreies Arbeiten der Gesamteinrichtung ist exakte Symmetrie der verwendeten Dreieckimpulse notwendig. Daher können die Amplitude und die Form der Dreieckimpulse noch gesondert überwacht werden, und im Falle einer Störung kann der Integrator 7 in einem die Abweichung beseitigenden Sinne nachgeregelt werden.
DE19651488810 1965-03-20 1965-03-20 Einrichtung zur stufenweisen Serienvervielfachung einer Frequenz Expired DE1488810C3 (de)

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DE1488810B2 DE1488810B2 (de) 1970-05-27
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