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Einrichtung zur Frequenzvervielfachung unter Verwendung von Doppelweggleichrichtern
als Vervielfacherstufen Die Erfindung bezieht sich auf eine Einrichtung zur stufenweisen
Serienvervielfachung der Frequenz einer sich kontinuierlich ändernden oder impulatörmigen
Spannung mit einer Reihenschaltung von aus Doppelweggleichrichtern bestehenden Verdopplerstufen,
bei welcher der Reihenschaltung der Doppelweggleichrichter als Eingangsspannung
eine symmetrisch verlaufende und auf die Parallelzweige der Doppelweggleichrichter
gleichphasig einwirkende mittels Impulsformer erzeugte Dreieckspannung zugeführt
ist und in einem der beiden Paralleizweige jedes Doppelweggleichrichter ein Phasenumkehrglied
angeordnet ist.
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Bei der praktischen Verwendung derartiger Vorrichtungen in Protonenmagnetometern
zur Ausmessung der Stärke des erdmagnetischen Feldes zeigt @s sich, dass man nur
wenige Frequenzverdopplerstufen hintereinanderschalten kann, da anderenfalls eine
definierte Frequenzvervielfachung für HesszwWcke nicht zustande kommt.
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Dieses liegt daran, dass in die Meßspule des Protonenuagnetometere
neben dem Nutzsignal auch Stbrspannungen induziert werden, die in dem Frequenzvervielfacher
mitverarbeitet werden und wegen der Kleinheit des Nutzeignals zu Verformungen der
Dreieckepannung Anlass geben. Solche Verformungen virken sich gegebenenfalls wegen
nachgeschalteter Differentiationsstufen als Frequenzmessfehler aus.
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Es ist deshalb bereits vorgeschlagen worden, die in Serie geschalteten
Doppelwegglichrichter sur Erzielung definierter Dreieckimpulsamplituden mit einem
in jedem Doppelweggleichrichter vorhandenen Regler zu versehen. Dieser enthält ein
Messglied, welchem die Dreieckepannungen beider Einwegzweige jedes Doppelweggleichrichters
zugefiihrt sind. Das Nessglied bildet die Differenz beider Spannungen; und wenn
der Diffegrenzwert von Null abweicht, regelt ein in einen Einwegzweig jedes Doppelweggleichrichters
vorgesehenes Stellglied die Spannungsamplitude dieses Zweige in einem diese an die
Amplitude des anderen Zweges angleichenden Sinne nach. Diese Reglerstufe ist sehr
aufwendig und schützt nur gegen Impulsverformungen durch unterschiedliche Dämpfungen
der Dreieckspannungen in den Einwegzweigen selbst.
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In Verbesserung derartiger Anordnungen wird deshalb eine Einrichtung
der eingangs näher bezeichneten Art vorgeschlagen, die sich erfindungsgemäse dadurch
kennseichnet, dass der Reihenschaltung der Dopp@lweggleichrichter frequenzselektive
Hittel vorgeschaltet sind und die sinusförmige Ausgangsspannung dieser Mittel dem
zwischen den frequennzselektiven Hitteln
und dem ersten Doppelweggleichrichter
einer Reihe angeordneten Impuleformer zur Bildung der Dreieckspannung zugerührt
iet.
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Der Vorteil, der sich aus der Anwendung der vorliegenden Erfindung
ergibt, liegt in einer erheblichen Verbesserung des Rausch-Signalverhältnisses für
den Vervielfacher und einem verhültnismüssig geringen Aufwand an frequenzselektiven
Mitteln in den einzelnen Frequenzvervielfacherstufen, da für eine Reihe von mehreren
Doppelweggleichrichtern lediglich ein z.B. als Schwingkreis ausgebildetes Selekt
ionsmittel vonnbten ist. Ferner sind z.B. an Schwingkreise bei Anvendung der Erfindung
keine hohen Anspruche bezüglich kleiner Bandbreite oder hoher Güte gestellt. Weiterhin
kann dadurch jede Gleichlaufforderung an die Schwingkreise bei ihrer Verstellung
entfallen.
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Im folgenden wird ein Ausführungsbeispiel an Hand der Zeichnungen
erläutert.
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In der Fig. 1, welche ein Blockschaltbild einer Vorrichtung zur Messung
der Stärke des erdmagnetischen Feldes darstellt, bedeutet 1 ein aperiodisch arbeitendes
Protonenmagnetometer, dessen Ausgangsspannung innerhalb eines relativ grossen Bereiches
in der Frequenz variabel ist. Sein sinusförmige schnell abklingende Ausgamgswechselspannung
gelangt zu einem Frequenzvervielfacher 2. Dieses nachgeschaltet ist ein Tor 3, welches
von einem Zeitmarkengeber 4 ansteuerbar ist. Letzterer besteht aus einem quarzgesteuerten
Impulszühler mit Voreinstellmöglichkeit zur Erzielung einer genauen Zeitmessung.
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Zwischen £wei vom Zeitmarkengeber 4 abgegebenen Spannungsimpulsen,
welche die Meflzeit inr Verarbeitung der Magnetometerspannung begrenzen, gelangt
die vom Protonenmagnetometer gelieferte Wechselspannung, die im Vervielfacher in
der Frequenz erhöht ist, über das von dem jeweils ersten Zeitmarkenimpuls
geöffnete
Tor 3 in den Zähler 5. Dieser zählt die zwischen den beiden zusammengehörigen Zeitmarken
auftretenden Perioden der vervielfachten Meßapannung des Protonenmagnetometers.
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Der Zähler 5, der nach Art der bekannten Binärzähler ausgestaltet
ist, zeigt das Messergebnis direkt in magnetischen Messeinheiten an. Der Zähler
5 ist mit einem Drucker 6 verbunden, welcher zur Registrierung der Messergebnisse
dient.
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Ferner ist ein Programmsteuergerät 7 vorgesehen, welches z. B. ein
Zeitgeber nach Art der bekannten Synchronuhrwerke ist. Seine Aufgabe ist die Ansteuerung
des Protonenmagnetometers, des Zeitmarkengebers, des Tores, des Zählers und des
Druckers, so dass alle diese Geräteteile zur rechten Zeit den Betrieb aufnehmen.
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In der Fig. 2 ist ein Teil des Protonenmagnetometere mit dem Frequenzvervielfacher
schematisch dargestellt: Es bedeutet 8 die Meßsonde des Protonenmagnetometers, reines
Wasser in einem Behälter. Um diesen Behälter herum befindet sich die Meßspule 9,
die auf der einen Seite an Masse gelegt ist und auf der anderen Seite mit dem Kontaktarm
eines Umschalters lo verbunden ist. An die einzelnen Kontakte des Umschalters lo
sind gleichfalls andersseitig an Masse gelegte Kondensatoren 11 verschiedaner Kapazitätswerte
angeschlossen, derart, dass sich dte auf Grund der einschaltbaren Kapazitätewerte
und der grossen Bandbreite des aus Magnetometerspule und jeweiligem Kondensator
gebildeten Schwingkreises ergebenden Resonanzfrequenzbereiche aneinander anschliessen.
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Diesem Schwingkreis ist ein selbst nicht frequenzselektiver Transistorverstärker
12 nachgeschaltet, dem wiederum ein
aus einem auswählbaren Kondensator
13 und einer Spule 14 festen Induktivitätswertes bestehender Schwingkreis folgt.
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Der jeweils passende Kapazitätswert eines der Kondensatoren wird mittels
eines Schalters 15 parallel zur Spule 14 gelegt.
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Dem letzteren Schwingkreis nachgeschaltet ist ein Rechteckimpulsformer
16, welcher z. B. aus mehreren Begrenzerstufen mit jeweils zwei antiparallel geschalteten
Halbleiterdioden und zwischen den Diodenpaaren liegenden Transistorverstärkerstufen
besteht; auf diesen folgt ein Dreieckimpulsformer 17. Der Dreieckimpulsformer besteht
aus einer RC-Integrationsschaltung mit gegengekoppeltem Transistorverstärker, er
liefert eine symmetrische Dreieckimpulsspannung mit linearer Anstiegs- und Ab fall
flanke der Dreiecke. Die Dreieckspannung ist gleichfrequent bezüglich der an dem
Eingang des Integrators anstehenden Rechteckimpulsspannung und weiterhin gleichfrequent
an der sinusförmigen Magne tome terausgangsspannung.
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Die so gewonnene Dreieckimpuleepannung gelangt auf den ersten Doppelweggleichrichter
18. Er besteht aus zwei parallelen Zweigen, denen die gleiche Dreieckspaanung zugefahrt
ist, in welchen je ein Gleichrichter 19 und 20 gleicher Durchlassrichtung liegt
und der in Durchlaserichtung vorgespannt ist. In einem Zweig des Doppelweggleichrichters
liegt ein Phasenumkehrglied 21. Das Phasenumkehrglied ist ein einstufiger Transistorverstärker,
vorzugsweise mit dem Verstärkungsfaktor V = 1.
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Dem Doppelweggleichrichter 18 folgt ein Verstärker 22, welcher im
interessierenden Frequenzbereich den Spannungen aller Frequenzen die gleiche Anhebung
erteilt.
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Es folgt nun ein weiterer Doppelweggleichrichter 23, bestehend aus
den Gleichrichtern 24 und 25, des Phasenumkehrglied 26 und einem zugehörigen Verstärker
27.
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Der Doppelweg gleichrichter 28 ist identisch den eben geschilderten
ausgebildet (Gleichrichter 29 und 30, Phasenumkehrglied 31). Auf ihn folgt ein Verstärker
32, welcher in seinem Aussenkreis einen weiteren aus einer Spule 33 und einem über
einen Umschalter 34 auswechselbaren Kondensator 35 bestehenden Schwingkreis aufweist.
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Auf diesen Schwingkreis, der die Dreieckapannung des Verstärkere 32
in eine Sinusspannung gleicher Frequenz umformt, folgt ein weiterer Rechteckimpulstormer
37, dem ein Dreieckimpulsformer 38 nachgeschaltet ist. Die entstehenden Dreieckimpulse
durchlaufen weitere Doppelweggleichrichterstufen mit zugehörigen aperiodischen Verstärkern
39 und 40 usw.
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Besitzt die frequenzvervielfachte Dreieckspanßung nach Passieren einer
gewissen Anzahl in eben beschriebener Weise angeordneter Doppelweggleichrichterstufen
die erforderliche Frequenz, so wird sie abschliessend mittels eines Impulsformers
42 in Rechteckform gebracht und mit einem Differenzierglied 43 in Nadelimpulsform
gebracht; mit den Nadelimpulsen ist der Periodenzähler 5 der Fig. 1 beaufschlagt.
Ist Jedoch eine weitere Frequenzerhöhung der Magnetometerspannung erforderlich,
so kann dies in der bereits geschilderten Weise durch weitere Reihenschaltungen
von Doppelweggleichrichtern mit jeweils vorgeschalteten Impulsformern geschehen;
nach ca. jeweils drçi Verdopplerstufen wird die Dreieckspannung mittels eines Schwingkreises
in Sinusform gebracht.
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Die Spannung mit der jeweils interessierenden Frequenz wird bevorzugt
veratürkt und wird dann über Rechteck- in Dreieckform
gewandelt.
In der Dreieckform kann die Spannung weiter in der Frequenz vervielfacht werden.
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Die Umschalter 10,15 und 34 sind gleich ausgebildet, sie sind mit
einem gemeinsamen Bedienmittel 36 betätigbar. Die Doppelweggleichrichterstufen 18,23,28,39
und 41 und evtl. weitere sind untereinander gleichartig ausgebildet, desgleichen
die aperiodischen Verstärker 22,27 und 40, die Rechteckimpulsformerstufen 16,37
und 42 bzw. die Dreieckimpulsformerstufen 17 und 38.
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EB ist selbstverständlich möglich, statt der im Ausführungsbeispiel
verwendeten Schwingkreise andere beispielsweise in höheren Frequenzvereichen zweckmässigere
Leitungen oder Hohlraumresonatoren, evtl. auch aus RC-Schaltungen bestehende Hoch-oder
Tiefpässe zur Unterdrückung von Frequenzbereichen, in welchen Störspannungen auftreten
oder zu erwarten sind.
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PatentansPriiche :