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Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der Güte von Schwingkreisen
Die Erfindung bezieht sich auf eine Schaltungsanordnung zum digitalen Messen der
Güte von Schwingkreisen, bei der eine im Schwingkreis angeregte gedämpfte Schwingung
zwei sich bezglich ihrer eingestellten schwellwerte wie 100 : 4,3 verhaltenden Schwellwert-Maßeinrichtungen
zugeführt wird, und die zwischen diesen beiden Schwellwerten auftretenden Halbwellen
der gedämpften Schwingung mittels eines Zählers gesibit werden.
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Es ist bereits eine Schaltungsanordnung dieser Art bekannt, bei der
als Schwellwert-Meßeinrichtungen übliche auf vorbestimmte Gleichspannungspegel ansprechende
Schwellwert-Schalter dienen, denen die gleichgerichtete gedämpfte Schwingung zngeführt
wird (Electronics 34, 1961, September 29, 5. 150). Diese bekannte Anordnung besitzt
den Nachteil, daß sie nicht zur Auswertung verachiedener Frequonzen geeignet ist,
denn die zur Gleichrichtung der gedämpften Schwingung erforderlichen Gleichrichterschaltungen
sind in starkem Maße frequenzabhängig.
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Es ist Aufgabe ger Erfindung, eine in Aufbau einfache Schaltungsanordnung
zum digitalen Messen der Güte von Schwingkreisen zu schaffen, die eine genaue Messung
in einem breiten Frequenzbereich von beiepielsweise einigen Hz bis weit in das MHz-Gebiet
erlaubt.
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Diese Aufgabe vird ausgehend von einer Schaltungsanordnung der eingange
erwähnten Art erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Schwellwert-meßeinrichtungen
Kippschaltungen, insbesondere Schmitt-Trigger-Schaltungen oder Schaltungen mit Tunnel-Diodengewählt
werden, die jeweils bie sum Absinken der Amplitudenwerte der gedämpften Schwingung
auf den vorbestinaten Schwellwert ausgangsimpulse mit der Frequenz der gedämpften
Schwingung abgeben, wobei durch diese Impulse eine it einer Torschaltung zusammenwirkende
bistabile Kippstufe derart angesteuert wird, daß die Torschaltung während der Ansteuerung
der bistabilen Kippstufe mit Impulsen aus beiden Kippschaltungen gesperrt ist und
nach dem Unterbrechen der Impulserzeugung in der auf den höheren Sohwellwert eingestellten
Kippechaltung nur noch die in der auf den niedrigeren Schwellwert eingestellten
Schwellwert-Kippschaltung erzeugten Impulse über die Toreschaltung dem Zähler zugeführt
werden. Ein besondere einfacher Aufbau ergibt sich, wenn auf den gleichen Schwellwert
eingestellte Kippechaltungen verwender werden und der auf den niedrigeren Sohwellwert
eingestellten 100 kippschaltung ein Verstärker mit den verstärkungsfaktor v = 4,3
vorgeschaltet ist. Um eine exakte Steuerung zu gewährelisten, hat eo stich ferner
als notwendig erwiesen, die Ausgagsimpulse der auf den niedrigeren Schwellwert eingestellten
Kippschaltung einer Differenzierschaltung zuzuführen und die bistabile Kippstufe
jeweile durch die Impulse der auf den hdheren Schwellvert eingestellten Kippschaltung
zu öffnen und durch die der Anstiegsflanke der Impulse der auf den niedrigeren Schwellwert
eingestellten lippschaltung entsprechenden differenzierten Impulse wieder zu schließen.
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Die der Abfallflanke der auf den niedrigeren Schwellwert eingestellten
Kippschaltung entsprochenden differenzierten Inpulse werden insbesondere nach Durohlaufen
einer Inpulsformerstufe, um Fehlmessungen durch verstümmelte Impulse oder dgl. zu
vermeiden, als Zählimpulse der Torschaltung zugeführt.
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Die erfindungsgemäße Schaltungsanordnung ist bezüglich der Feststellung
der vorbestimmten Schwellwerte vollkommen frequenzunabhängig, so daß
ohne
irgend welcher Ein- oder Nachstellungen mit ein und derselben Schaltung G2tenessungen
in einen breiten Frequenzband von beispielsweise 1 kHz bis 10 MHz sehr exakt durchgeführt
werden konnen. Vor alle. durch den identischen Aufbau der beiden verwendeten Schwellwert-Kippachaltungen
wird erreicht, daß eine beisielsweise durch Temperatureinflüsse oder dgl. hervorgerufene
eventuelle Verschiebung der eingestellten Schwellwerte in beiden Kippschaltungen
in gleicher Richtung erfolgt, also der Abstand der beiden Schwellwerte konstant
bleibt, so daß meßfehler weitgehendst vermieden werden.
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Die Erfindung wird in folgenden an hand schematischer Zeichnungen
an einen Ausführungsbeispiel näher erläutert.
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Fig. 1 zeigt an hand eines Blockschaltbildes eine erfindungsgemäße
Schaltuagsanordnung zur Messung der Güte von Spulen.
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Fig. 2 zeigt die bei der Schaltung nach Fig. 1 an den Stellen 1 bis
10 auftretenden verschiedenen Impulsfolgen.
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Die Güte Q eines Schwiagkreises hängt bekanntlich mit dem logarithmischen
Dekrement wie folgt sus@@@@en: # = #/# wobei # bestimmt ist durch den natürlichen
Logerithmus des Verhältnisses der Amplituden von aufeinanderfolgenden halbwellen
der gedämpften Schwingung. Darmus ergibt sich, daß die Zahl der Schwingungen, die
zwischen zwei Amplitudenwerten liegen, welche sich wie 100 : 4,3 verhalten, genen
den Wert der Gü to Q entspricht. Auf diesen physikalischen Grundprinzip besiert
die erfindung@genäße Schaltungsnordnung.
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Gemäß Fig. 1 wird der zu messende Schwingkreis S, bei dem z.B. die
zu messende Spule L mit einem weitgehendst vorlustfreien Kondensetor C zusammengeschaltet
ist, über einen Impulsgeerator G periodisch
z.B. in Abständen von
etwa 2 sec. zu gedämpften Schwingungen angeregt. Die gefämpfte Schwingung vird durch
einen Verstärker V1 vorstärkt und zwei Schwellwert-Kippschaltungen K1 und k2, beispielsweise
Ublichen Schmitt-Trigger-Schaltungen, zugeführt, deren Schwellwerts sich wie 100
s 4,3 verhalten. In des gezeigten Ausführungsbeispiel sind die Ansprechschwellen
dieser beiden Kippschaltungen K1 und K2 gleich groß gewählt und vor die auf den
niedrigeren Schwellwert ansprechende Kippschaltung K2 ist ein Verstärker V2 sit
der Spannungsverstärkung * I 100 geschaltet.
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4,3 Die beiden Kippschaltungen K1 und K2 liefern in bekannter Weise
inmmer dann Ausgangsimpulse, wenn die Amplitude der einganseitig zugeführten Wechselspannung
noch größer ist als der jeweils eingestellte Schwellwert. Durch die Kippeschaltung
K1 werden also so lange Ausgangsimpulse erzeugt, als die Amplitude dr gedämpften
Schwingung noch über des eingestellten obersten Schwellwort liegen. Wird dieser
Schwellwert von den Amplituden der gedämpften Schwingung unterschritten, so werden
durch die Kippschaltung K1 keine Ausgangsimpulse @ehr erzeugt, sondern nur noch
durch die Kippschaltung K2 und zwar bis zum Erreichen des niedrigeren Schwellwerts.
Da die Schwellwerte der beiden Kippschaltungen K1 und K2 unterschiedlich gewählt
sind, erhält man damt zwei Impulsreinhen unterschiedlicher Länge, wie dies in Fig.
2 bei 4 und 5 dargestellt ist.
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Die beiden Kippschaltungen K1 und K2 steuern eine bistabile Kippstufe
B.
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Die Ausgeangsimpulse der Kippstufe K2 werden zu diesem Zweck in einer
Differenzierstufe D differenziert und Uber einen Impulsverstärker V3, durch welchen
die positiven differenzierten Impulse, also die der Anstiegeflanke der von er Kippschaltung
K2 abgegebenen Ausgangsimpulse entsprechenden Impulse, ausgesiebt, verstärkt und
gegebenenfalls geeignet geformt werden. Mit den Ausgangsimpulsen der Kippschaltung
K1 vird die bistabile Kippstufe B jeweils geöffnet und sit den differenzierten Impulsen
7 wieder geschlossen. As Ausgang der bistabilen Kippstufe erhält man auf diese Weise
stets dann Ausgangeimpulse, wenn sowohl von der Kippschaltung k1 als auch von der
Kippschaltung K2 Ausgangsimpulse erzeugt werden. Wenn infolge des Erreichens des
oberen
Schwellwertes von der Kippschaltung K1 keine Ausgangsimpulse
mehr erzeugt werden, io werden von der bistabilen Kippstufe B ebenfalls keine ausgangsimpulse
mehr erzeugt.
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Die ausgangsimpulse der bistabilen Kippstufe b steuern eine Torschaltung
T. Schnge also durch die Kippeohaltung B ausgangsimpulse erzeugt werden, ist diese
Torschaltung T gesperrt. Wird dqegen die Erzeugung von Ausgangsimpulsen durch die
Kppschaltung K1 infolge des Erreichens des oberen Schwellwertes unterbrochen, so
wird auch die Erzeugung von Ausgangsimpulsen der bistabilen Kippschaltung B unterbrochen
und die Torschaltung T wird geöffnet. Werden nun Uber die Torschaltung T die in
positive Impulse 9 umgewandelten negativen Differentiationsimpulse an Ausgang der
Differenzierzohaltung D des Zähler Z zugeleitet, so werden nur diejenigen Halbwellen
der gedämpften Schwingung gezählt, die zwischen den durch die Kippschaltungen K1
und K2 bestimmten Schwellwerten auftreten. Die Zahl dieser Impulse 10 entspricht
dann unmittelbar der Wert der GUte Q der su mesenden Spule L. Der Zähler Z wird
vorzugsweise automatisch bei erneuten Anstoß des Schwingkreises Uber den Impuls-Generator
G wieder zurückgestellt, wie diese durch die Leitung A angedeutet ist.
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Patentansprüche