DE1616366C3 - Anordnung zum Messen stark oberwellenbehafteter Schwingungen mittels eines zählenden Frequenzmessers - Google Patents

Description

Zählende Frequenzmesser, bei denen die Frequenz einer Schwingung durch Feststellen der Anzahl der Schwingungen der zu messenden Wechselspannung innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne mittels eines üblichen Zählers gemessen wird, sind bekannt. Bei diesen bekannten zählenden Frequenzmessern werden dabei im allgemeinen die positiven oder negativen Durchgänge der zu messenden Schwingung bei einem konstanten oder einstellbaren Bezugsspannungspegel gezählt. Diese Meßmethode arbeitet so lange einwandfrei, wie die zu messende Schwingung eine reine Sinusschwingung ist oder zumindest die in ihr enthaltenen Oberwellen keine allzu großen Amplitudenwerte besitzen. Wenn die zu messende Schwingung durch Oberwellen im Sinne der in F i g. 1 gezeigten Schwingung verzerrt ist und damit der Bezugsspannungspegel Ut während jeder Grundschwingung mehrmals durchlaufen wird, ist diese bekannte Meßmethode nicht mehr brauchbar. Für solche Fälle wird noch ein zweiter Bezugsspannungspegel Ui eingeführt, der erst durchlaufen werden muß, bevor ein neuer Durchlauf des ersten Bezugsspannungspegels U\ gezählt wird. Diese für geringfügig verzerrte Schwingungen geeignete Meßanordnung wird meist mit Schmitt-Trigger-Schaltungen realisiert. Bei stark verzerrten Schwingungen, wie sie beispielsweise in F i g. 2 gezeigt sind, d. h. bei Schwingungen, bei denen die Oberwellen oder Störspitzen die Amplitude der Grundschwingung erreichen oder sogar überschreiten und dadurch doppeltes oder mehrfaches Durchlaufen beider Bezugsspannungspegel während einer Grundschwingungsperiode eintritt, ist aber auch

diese Zwei-Pegel-Meßmethode nicht mehr brauchbar.

Es ist an sich bekannt, Oberwellen und Störspitzen einer Wechselspannung durch einen dem Digitalzähler vorgeschalteten Tiefpaß zu verringern oder ganz zu unterdrücken. Dies setzt jedoch wenigstens die ungefähre Kenntnis der Grundfrequenz dieser Wechselspannung voraus, damit der Tiefpaß so eingestellt werden kann, daß er einerseits die Grundfrequenz nicht zu stark schwächt, andererseits aber höhere Frequenzen, also die Oberwellen, genügend stark unterdrückt.

Es ist Aufgabe der Erfindung, einen bekannten zählenden Frequenzmesser so weiterzubilden und zu verbessern, daß mit ihm ohne großen schaltungstechnischen Aufwand auch stark oberwellenbehaftete Schwingungen genau und sicher gemessen werden können.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß dem zählenden Frequenzmesser ein in an sich bekannter Weise in seiner Grenzfrequenz einstellbarer Tiefpaß vorgeschaltet wird, dessen Grenzfrequenz derart geregelt ist, daß seine Ausgangsspannung stets ein konstanter Bruchteil seiner Eingangsspannung ist. Dies kann beispielsweise derart erfolgen, daß die Ein- und Ausgangsspannung des Tiefpasses einer Spannungsvergleichseinrichtung zugeführt werden und in Abhängigkeit von diesen beiden Spannungen die Grenzfrequenz des Tiefpasses auf einen ein vorbestimmtes konstantes Eingangs-Ausgangs-Spannungsverhältnis ergebenden Wert geregelt wird. Eine andere einfacher realisierbare Möglichkeit besteht darin, daß dem Tiefpaß zusätzlich noch eine seine Eingangsspannung auf einen konstanten Wert regelnde Spannungsregelschaltung vorgeschaltet wird und die Grenzfrequenz des Tiefpasses auf einen eine konstante Ausgangsspannung ergebenden Wert geregelt wird.

Als in der Grenzfrequenz veränderbarer Tiefpaß kann jede beliebige bekannte Tiefpaßanordnung angewendet werden. So können beispielsweise bekannte RC-, LR- oder LC-Tiefpaßglieder einzeln oder mehrfach in Kette geschaltet angewendet werden, bei denen entweder auf mechanischem Wege oder mittels elektronisch steuerbarer Schaltelemente, beispielsweise Kapazitätsdioden, Blindröhren od. dgl., in Abhängigkeit von einer Steuerspannung oder einem Steuerstrom die örenzfrequenz entsprechend verändert werden kann. Gemäß einer Weiterbildung der Erfindung hat sich zur Anwendung bei einer erfindungsgemäßen Meßanordnung ein in seiner Grenzfrequenz in Abhängigkeit von einem Steuerstrom veränderbarer RC- oder L7?-Tiefpaß als besonders vorteilhaft erwiesen, bei dem die Widerstandskomponente erfindungsgemäß durch eine oder mehrere in Abhängigkeit vom Steuerstrom gesteuerte Dioden gebildet ist. Diese Tiefpaßschaltung, für die kein Elementenschutz begehrt wird, ist nicht nur für erfindungsgemäße zählende Frequenzmesser geeignet, sondern überall dort anwendbar, wo nicht allzu große Anforderungen an die Verzerrungsfreiheit bei größeren Amplituden gestellt werden.

Durch den erfindungsgemäß dem eigentlichen Zähler vorgeschalteten und in seiner Grenzfrequenz geregelten Tiefpaß wird für jede beliebige angelegte Frequenz automatisch die Grenzfrequenz des Tiefpasses so geregelt, daß auch sehr stark durch Oberwellen verzerrte Schwingungen in solche Schwingungen umgewandelt werden, wie sie im Sinne der F i g. 1 gemäß dem Ein- oder Zwei-Pegelmeßverfahren mit bekannten zählenden Frequenzmessern noch sicher und unverfälscht ausgewertet werden können.

Die Erfindung wird im folgenden an Hand schematischer Zeichnungen an Ausführungsbeispielen näher erläutert.

F i g. 3 und 4 zeigen zwei mögliche Ausführungsbeispiele für eine erfindungsgemäße Meßanordnung;

F i g. 5 zeigt die Durchlaßkurve eines in seiner Grenzfrequenz einstellbaren Tiefpasses, wie er bei einer erfindungsgemäßen Anordnung Anwendung finden kann;

F i g. 6 bis 9 zeigen mögliche Ausführungsbeispiele eines für die erfindungsgemäße Schaltung besonders geeigneten LR- bzw. /ZC-Tiefpasses.

Fig.3 zeigt eine erfindungsgemäße Meßanordnung mit einem üblichen entweder nach dem Ein- oder Zwei-Pegel-Meßverfahren arbeitenden zählenden Frequenzmesser Z, dem ein in der Grenzfrequenz einstellbarer Tiefpaß T vorgeschaltet ist. Die Grenzfrequenz dieses Tiefpasses 7*wird in bekannter Weise über eine Steuerleitung in Abhängigkeit von einer Spannungsvergleichseinrichtung S angesteuert, der über Gleichrichter G die am Eingang E und am Ausgang A des Tiefpasses herrschenden Spannungen zugeführt werden. In dieser Spannungsvergleichseinrichtung S wird der Quotient aus diesen beiden Spannungen gebildet, und in Abhängigkeit von diesem Quotientenwert wird der Tiefpaß Γ so lange verstellt, bis dieser Spannungsquotient einen vorbestimmten konstanten Wert k erreicht hat. Wie aus F i g. 5 ersichtlich ist, bedeutet jeweils dieser'konstante Faktor k des Verhältnisses zwischen der Ein- und Ausgangsspannung des Tiefpasses eine vorbestimmte Grenzfrequenz fg des Tiefpasses.

Eine Schaltung ohne Spannungsvergleichseinrichtung zeigt F i g. 4. Hier ist dem Zähler Z wieder ein in der Grenzfrequenz fg einstellbarer Tiefpaß T zusammen mit einem eventuell zwischengeschalteten Verstärker V2 vorgeschaltet. Vor diesem Tiefpaß T ist zusätzlich noch eine Spannungsregelschaltung in Form eines auf konstante Ausgangsspannung geregelten Verstärkers Vi geschaltet. Die Eingangsspannung am Eingang £des Tiefpasses ist damit stets konstant. Die Regelschaltung W zur Einstellung der Grenzfrequenz des Tiefpasses T kann in diesem Falle einfacher aufgebaut werden, da infolge der konstanten Eingangsspannung E die Ausgangsspannung des Tiefpasses T ebenfalls nur auf einen vorbestimmten konstanten Wert geregelt werden muß. Hierdurch wird wiederum über den Faktor k die Grenzfrequenz fg des Tiefpasses im Sinne der F i g. 5 entsprechend der Grundfrequenz der jeweils anliegenden Schwingung eingestellt.

In dieser Schaltung werden Verzerrungen durch Nichtlinearitäten weitgehendst ausgeschaltet

Der Tiefpaß T kann aus einem oder mehreren in Kette geschalteten Tiefpaßgliedern in LR-, RC- oder LC-Schaltung aufgebaut sein. Tiefpaßschaltungen, aufgebaut aus ÄC-Gliedern, sind besonders geeignet, da mit ihnen infolge der linearen Abhängigkeit der Grenzfrequenz von den Werten der Schaltelemente eine größere Variation erreicht wird als bei LC-Gliedern.

In den F i g. 6 bis 9 sind verschiedene Ausführungsbeispiele für Tiefpaßschaltungen mit einer Widerstandskomponente, also LR- bzw. /iC-Schaltungen, gezeigt, bei denen in Abhängigkeit von einem Steuerstrom / die Grenzfrequenz f_g veränderbar ist Bei dem Ausführungsbeispiel nach F i g. 6 ist die Induktivität L mit zwei Dioden D zusammengeschaltet. Um Verzerrungen durch geradzahlige Oberwellen zu vermeiden, sind die beiden Dioden in Gegentakt betrieben und vom gleichen Steuerstrom / durchflossen. In dieser Schaltung bildet der dynamische Diodenwiderstand den Widerstandsanteil des L/?-Tiefpaßgliedes, und dieser ist in Abhängigkeit vom Steuerstrom /veränderbar. Die beiden Dioden sind noch durch einen Blockkondensator Cb überbrückt. Bei dieser Schaltung sind Eingang Fund Ausgang A gleichstromfrei zu halten.

F i g. 7 zeigt einen aus zwei eingliedrigen LR-Tieipaßschaltungen nach F i g. 6 zusammengesetzten zweigliedrigen Z./?-Tiefpaß. Die beiden Glieder sind durch einen Koppelkondensator Q miteinander gekoppelt. Auch hier sind Eingang und Ausgang gleichstromfrei zu halten.

F i g. 8 zeigt einen eingliedrigen RC-Tiefpaß, bei dem die Widerstandskomponente wiederum durch die beiden in Gegentakt betriebenen Dioden D gebildet ist. Der Steuerstrom /wird über Hilfswiderstände Rhzugeführt, welche durch einen Hilfskondensator Ch verbunden sind. Ein zweigliedriger ÄC-Tiefpaß ist in F i g. 9 gezeigt. Der Ausgang ist in beiden Schaltungen gleichstromfrei zu halten.

Hierzu 3 Blatt Zeichnungen

Claims (4)

Patentansprüche:

1. Anordnung zum Messen stark oberwellenbehafteter Schwingungen mittels eines zählenden Frequenzmessers, dem ein Tiefpaß vorgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, daß der dem Frequenzmesser vorgeschaltete Tiefpaß (T) in seiner Grenzfrequenz (Fg) einstellbar und seine Grenzfrequenz derart geregelt ist, daß seine Ausgangsspannung (A) stets ein konstanter Bruchteil (k) seiner Eingangsspannung ist.

2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- und Ausgangsspannung (E, A) des Tiefpasses (T) einer Spannungsvergleichseinrichtung (S) zugeführt wird und in Abhängigkeit von diesen Spannungen die Grenzfrequenz des Tiefpasses auf einen ein vorbestimmtes konstantes Spannungsverhältnis (k) ergebenden Wert geregelt wird (F i g. 3).

3. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß dem Tiefpaß (T) eine seine Eingangsspannung (E) auf einen konstanten Wert regelnde Spannungsregelschaltung (Vi) vorgeschaltet ist und die.Grenzfrequenz des Tiefpasses auf einen eine konstante Ausgangsspannung (A) ergebenden Wert geregelt wird (F i g. 4).

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4. Anordnung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch die Verwendung eines RC- oder L/?-Tiefpasses, dessen Widerstandskomponente (R) durch eine oder mehrere in Abhängigkeit von einem Steuerstrom (J) gesteuerte Dioden (D) gebildet ist (F i g. 6 bis 9).