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Frequenzmeßvorrichtungen sind in verschiedenen Ausführungsformen
bekannt. Zur Durchführung genauer Frequenzmessungen bei periodisch sich ändernden
Signalen niedriger Frequenz führt man das Signal, dessen Frequenz gemessen werden
soll, einem Impulszähler zu und bestimmt die Frequenz als Quotienten aus der Anzahl
der gezählten Impulse und dem Zählzeitraum. Frequenzmeßeinrichtungen dieser Art
arbeiten einerseits nur sehr langsam, versagen andererseits hinsichtlich der geforderten
Genauigkeit, wenn sich während des Zählzeitraumes die Frequenz des Signals, dessen
Frequenz gemessen werden soll, ändert.
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Es sind auch bereits Frequenzmeßvorrichtungen bekannt (vgl. die USA.-Patentschrift
2 337 328), bei denen zunächst die Frequenz des Signals vervielfacht wird und das
Signal mit vervielfachter Frequenz dem Impulszähler zugeführt wird. Die zu messende
Frequenz bestimmt sich dabei auf einfache Weise aus dem Quotienten aus den gezählten
Impulsen und dem Produkt aus dem Vervielfachungskoeffizienten und dem Zählzeitraum.
Als Frequenzvervielfacher werden häufig mehrere hintereinandergeschaltete Frequenzverdoppler,
z. B. in der Ausführungsform als Doppelweggleichrichter, mit nachgeschalteten Bandfiltern
verwendet. Da das Ausgangssignal eines Doppelweggleichrichters außer der zweifachen
Grundfrequenz des zugeführten Signals auch höhere Harmonische enthält, treten dann,
wenn das Verhältnis zwischen der oberen Grenzfrequenz fo und der unteren Grenzfrequenz
f, nicht kleiner ist als 1,5, Mehrdeutigkeiten auf, die nicht bzw. im Bereich 1,5
<= wo < 2 nur mit fu großem Filteraufwand zu beseitigen sind.
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Die Tatsache aber, daß Frequenzmeßvorrichtungen für periodisch sich
ändernde Signale niedriger Frequenz, die mit einem Frequenzvervielfacher arbeiten,
nur sinnvoll eingesetzt werden können, wenn das Verhältnis zwischen der oberen Grenzfrequenz
f0 und der unteren Grenzfrequenz f, kleiner als 1,5 ist, stellt eine starke Beeinträchtigung
der Anwendbarkeit dieser Frequenzmeßvorrichtungen dar und ist folglich nachteilig.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine Frequenzmeßvorrichtung für
periodisch sich ändernde Signale niedriger Frequenz zu schaffen, die auch dann ohne
Mehrdeutigkeiten im Meßergebnis zu erhalten eingesetzt werden können, wenn das Verhältnis
der oberen Grenzfrequenz fo zur unteren Grenzfrequenz fn größer als 1,5 ist.
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Zwar ist eine Frequenzmeßvorrichtung bekannt (vgl. die USA.-Patentschrift
2 519 765), bei der das Signal, dessen Frequenz gemessen werden soll, mehrfach umgesetzt
wird; die Ausgestaltung einer Frequenzmeßvorrichtung für periodisch sich ändernde
Signale niedriger Frequenz mit einem Frequenzvervielfacher ist jedoch dadurch in
Richtung der der Erfindung zugrunde liegenden Aufgabe nicht beeinflußt worden.
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Die Erfindung betrifft eine Frequenzmeßvorrichtung für periodisch
sich ändernde Signale niedriger Frequenz, wobei das Verhältnis der oberen Grenzfrequenz
f0 zur unteren Grenzfrequenz fU, größer als 1,5 sein kann, bestehend aus einem Einseitenband-Modulator,
einem Frequenzvervielfacher, einem Einseitenband-Demodulator, zumindest einem Schwingungserzeuger
und einem Impulszähler. Die Erfindung besteht darin, daß der Schwingungserzeuger
ein erstes Hilfssignal mit der Frequenz erzeugt,
derart, daß die Frequenz des von
dem Einseitenband-Modulator gebildeten Modulationssignals aus der Summe des Hilfssignals
mit der Frequenz gh und des Signals mit der oberen Grenzfrequenz f0 kleiner ist
als das 11/2fach der Frequenz des von dem Einseitenband-Modulator gebildeten Modulationssignals
aus der Summe des Hilfssignals mit der Frequenz fh und des Signals mit der unteren
Grenzfrequenzfg, daß das Modulationssignal dem Frequenzvervielfacher, der einen
Vervielfachungskoeffizienten n hat, zugeführt wird, und daß ein zweites Hilfssignal
mit der Frequenz n f gh erzeugt wird, das phasenstarr mit dem vervielfachten Modulationssignal
dem Einseitenband-Demodulator zugeführt wird, so daß als Ausgangssignal des Einseitenband-Demodulators
das vervielfachte Signal mit der Frequenz n f an den Eingang des Impulszählers gegeben
wird.
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Im einzelnen gibt es verschiedene Möglichkeiten, die erfindungsgemäße
Frequenzmeßvorrichtung bezüglich ihrer einzelnen Bauelemente auszugestalten.
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Insbesondere bestehen mehrere Möglichkeiten, die Hilfssignale zu erzeugen.
In einer ersten Ausführungsform ist nach einer weiteren Fortbildung der Erfindung
vorgesehen, daß zur Erzeugung des zweiten Hilfssignals mit der Frequenz fl fh ein
zweiter Schwingungserzeuger vorgesehen wird. Eine andere Ausführungsform ist dadurch
gekennzeichnet, daß zur Erzeugung des zweiten Hilfssignals mit der Frequenz n f
gh dem Schwingungserzeuger zur Erzeugung des ersten Hilfssignals mit der Frequenz
fn ein Frequenzvervielfacher mit einem Vervielfachungskoeffizienten n nachgeschaltet
ist. Bei dieser Ausführungsform wird also auf einen zweiten Schwingungserzeuger
verzichtet und dafür ein zweiter Frequenzvervielfacher eingesetzt. Das kann insoweit
vorteilhaft sein, als der Frequenzvervielfacher, als Bauelement ohnehin benötigt,
ein passives Bauelement sein kann, während ein zweiter Schwingungserzeuger ein weiteres
aktives Bauelement darstellen würde.
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Vorteilhaft kann man weitere Ausführungsformen der erfindungsgemäßen
Frequenzmeßvorrichtung dann gestalten, wenn Schwingungserzeuger verwendet werden,
deren Frequenz groß ist gegenüber der zu messenden Frequenz des Signals, z. B. können
Quarz-Oszillatoren Verwendung finden. Dabei ist eine weitere vorteilhafte Ausgestaltung
der Erfindung, daß zur Erzeugung des ersten Hilfssignals mit der Frequenz fh an
Stelle des ersten Schwingungserzeugers dem zweiten Schwingungserzeuger, der das
Hilfssignal mit der Frequenz n fh erzeugt, ein Frequenzteiler mit einem Teilerkoeffizienten
n nachgeschaltet ist. Schließlich besteht auch die Möglichkeit, einen gemeinsamen
Schwingungserzeuger zur Erzeugung eines Signals mit der Frequenz fH = kann = fh
vorzusehen und p zur Erzeugung des ersten Hilfssignals mit der Frequenz f - an Stelle
des ersten Schwingungserzeugers - zwischen diesem nunmehr vorgesehenen gemeinsamen
Schwingungserzeuger und dem Einseitenband-Modulator einen Frequenzteiler mit dem
Teilerkoeffizienten k und zur Erzeugung des zweiten Hilfssignals mit der Frequenz
n fh zwischen dem gemeinsamen Schwingungserzeuger und dem Einseitenband-Demodulator
einen Frequenzvervielfacher mit dem Vervielfacherkoeffizienten p k-vorzusehen. k
Die durch die Erfindung erreichten Vorteile sind vor alIem darin zu sehen, daß eine
Frequenzmeßvorrichtung
für periodisch sich ändernde Signale niedriger
Frequenz geschaffen worden ist, mit der Frequenzmessungen mit hoher Genauigkeit
auch dann durchgeführt werden können, wenn das Verhältnis der oberen Grenzfrequenz
f0 zur unteren Grenzfrequenz fu wesentlich größer als 1,5 ist.
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Im folgenden wird die Erfindung an Hand einer lediglich Ausführungsbeispiele
darstellenden Zeichnung ausführlicher erläutert; es zeigt F i g. 1 ein Blockschaltbild
einer erfindungsgemäßen Frequenzvorrichtung, F i g. 2 ein Blockschaltbild einer
anderen Ausführungsform einer Frequenzmeßvorrichtung und F i g. 3 die Schaltung
einer gemäß dem Blockschaltbild nach Fig.2 ausgeführten Frequenzmeßvorrichtung.
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Die in den Figuren dargestellte Frequenzmeßvorrichtung ist bestimmt
zur Frequenzmessung bei periodisch sich ändernden Signalen, die eine niedrige Frequenz
haben. Die Frequenzmeßvorrichtung besteht in ihrem grundsätzlichen Aufbau aus einem
Einseitenband-Modulator 1, einem Frequenzvervielfacher 2, einem Einseitenband-Demodulator
3, zumindest einem Schwingungserzeuger 4 und einem Impulszähler 5.
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Der Schwingungserzeuger 4 erzeugt ein erstes Hilfssignal mit der
Frequenz fh. Das Signal, dessen Frequenz f gemessen werden soll, wird zusammen mit
dem Hilfssignal mit der Frequenzfh dem Einseitenband-Modulator 1 zugeführt. Die
Frequenz fh des Hilfssignals ist derart bestimmt, daß die Frequenz des von dem Einseitenband-Modulators
1 gebildeten Modulationssignals aus der Summe des Hilfssignals mit der Frequenz
s h und des Signals mit der oberen Grenzfrequenz f0 kleiner ist als das ll/2fache
der Frequenz des von dem Einseitenband-Modulators 1 gebildeten Modulationssignals
aus der Summe des Hilfssignals mit der Frequenz fh und des Signals mit der unteren
Grenzfrequenzf. Das Modulationssignal wird dem Frequenzvervielfacher 2, der einen
Vervielfachungskoeffizienten n hat, zugeführt. Ein zweites Hilfssignal wird mit
der Frequenz n f gh erzeugt und phasenstarr mit dem vervielfachten Modulationssignal
dem Einseitenband-Demodulator 3 zugeführt. Als Ausgangssignal des Einseitenband-Demodulators
3 wird das vervielfachte Signal mit der Frequenz n f an den Eingang des Impulszählers
5 gegeben.
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Im Ausführungsbeispiel nach der F i g. 1 ist zur Erzeugung des zweiten
Hilfssignals mit der Frequenz n fIL ein zweiter Schwingungserzeuger 6 vorgesehen,
während die F i g. 2 und 3 Ausführungsformen der erfindungsgemäßen Frequenzmeßvorrichtung
zeigen, bei denen zur Erzeugung des zweiten Hilfssignals mit der Frequenz n fk der
zuvor beschriebene Schwingungserzeuger 6 vorgesehen und zur Erzeugung des ersten
Hilfssignals mit der Frequenz fh an Stelle des ersten Schwingungserzeugers 4 dem
Schwingungserzeuger 6 ein Frequenzteiler 7 mit einem Teilerkoeffizienten n nachgeschaltet
ist.
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Der Frequenzvervielfacher 2 besteht vorzugsweise, wie das die F i
g. 3 auch zeigt, aus mehreren hintereinandergeschalteten Frequenzverdopplern 8 in
der Ausführungsform als Doppelweggleichrichter mit nachgeschalteten Bandfiltern
9. Als Einseitenband-Modulator 1 ist ein an sich bekannter Ringmodulator vorgesehen.
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An Hand der F i g. 3 soll im folgenden die Funktionsweise der erfindungsgemäßen
Frequenzmeßvorrichtung beschrieben werden.
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Es wird angenommen, daß die Frequenz eines Signals mit einer Frequenz
zwischen 850 und 3000 Hz gemessen werden soll. Das zu untersuchende Signal wird
zusammen mit dem Hilfssignal dem Einseitenband-Modulator 1 zugeführt. Das Hilfssignal
soll eine Frequenz von 10 000 Hz haben. In dem Einseitenband-Modulator 1 wird das
Signal und das Hilfssignal überlagert, so daß am Ausgang des Einseitenband-Modulators
1 ein Modulationssignal mit der Frequenz 10 000 Hz plus f ansteht. Unter Berücksichtigung
der Tatsache, daß das zu untersuchende Signal eine Frequenz zwischen 850 und 3000
Hz haben kann, hat also das Modulationssignal eine Frequenz zwischen 10850 Hz und
13 000 Hz. Das Modulationssignal wird dem Frequenzvervielfacher 2 zugeführt, der
aus acht Frequenzverdopplern 8 besteht, so daß der Vervielfachungskoeffizient n
gleich 256 beträgt. Das vervielfachte Modulationssignal wird dem Einseitenband-Demodulator
3 zugeführt. Außerdem wird dem Einseitenband-Demodulator 3 das Hilfssignal, das
von dem Schwingungserzeuger 6 erzeugt wird, mit einer Frequenz von 256 10000 Hz
zugeführt. Das demodulierte Signal hat eine Frequenz von 256 f. Dieses Signal wird
dem Impulszähler 5 zugeführt.
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Wenn die zu messende Frequenz f 850 Hz beträgt und der Impulszähler
5 auf einen Impuls genau zählt, so ergibt sich eine Me#genauigkeit, die grö#er ist
als 5 # 10-6, da in einer Sekunden 850 # 256 = 217 600 Impulse gezählt werden.