DE1791038A1 - Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals - Google Patents

Description

JUNGNER INSTRUMENT AKMEBOIAff^ .Stockholm (Schweden)

Verfahren und Einrichtung zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals.

Zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals sind verschiedenerlei Verfahren bekannt geworden. Für die Mehrzahl dieser Verfahren gilt aber, dass die erreichbare Messgenauigkeit ziemlich massig ist, sofern man nicht äusserst aufwändige und damit kostspielige Vorrichtungen verwendet. *

Vorliegende Erfindung bezweckt ein neuartiges Verfahren zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals, das eine sehr hohe Messgenauigkeit erlaubt, jedoch ohne eine allzu aufwändige Apparatur zu erfordern.

Das erfindungsgemäss3 Verfahren ist im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass unter Ausnützung eines Referenzsignals einer genau festgestellten Frequenz f eine der Frequenz f des zu untersuchenden Signals proportionale Anzahl Impulse pro Zeiteinheit von einer der Frequenz f des Referenzsignals umgekehrt proportionalen Dauer erzeugt werden, und dass aus diesen Impulsen eine Gleichspannung des Typs

A + B · ψ- , wobei A und B Konstanten sind, ermittelt wird, ο '

Die beiden Konstanten A und B können durch zweckmässige Ausgestaltung der zur Verwendung kommenden Apparatur beliebig gewählt werden» So kann man beispielsweise, um das konstante Glied der zu er··· mittelnden Gleichspannung zu .beseitigen, A gleich Null wählen.

Das erfindungsgemässe Verfahren ist vorteilhaft für Drehzahlmessungen anwendbar. Dabei ermittelt man mittels eines Tachometer-

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generators oder ähnlichen Geräts eine Wechselspannung einer der botreffenden Drehzahl f_ro^. proportionalen Frequenz, worauf diese Frequenz gemäss dem vorstehend angegebenen Verfahren bestimmt wird. Ein besondo? Vorteil des erfindungsgemässen Verfahrens besteht darin, dass es auch noch eine richtungsempfindliche Drehzahlmessung erlaubt. Bei dieser Sonderanwendung ist das erfindungsgemässe Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass als Tachometergenerator ein Resolver verwendet wird, der mit einer Wechselspannung, deren Frequenz der Frequenz f des Referenzsignals proportional ist, gespeist wird, und dass, nach Erzeugung von Impulsen einer der Referenzsignalfrequenz f umgekehrt proportionalen Dauer, eine Gleichspannung der Form C · ermittelt wird, wobei C

o· ^:

eine Konstante und f_ro4. je nach der Drehrichtung des Tacho genera tors

positiv oder negativ ist.' · .

Die Erfindung bezweckt auch noch eine Einrichtung zum Durchführen des vorstehend beschriebenen Erfindungsverfahrens. Diese Einrichtung ist erfindungsgemäss im wesentlichen dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Referenzsignalgenerator, der ein Referenzsignal einer genau festgelegten Frequenz f_Q liefert, eine Vorrichtung zur Erzeugung einer der Frequenz f einer izu untersuchenden Spannung proportionalen tk Anzahl Impulse pro Zeiteinheit mit einer der Frequenz f des Referenzsignals umgekehrt proportionalen Zeitdauer, sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln aus diesen Impulsen einer Gleichspannung des Typs A + B · ■§- , worin A und B Konstanten sind, umfasst.

ο
Die Erfindung wird im folgenden an Hand der beiliegenden Zeichnung näher erläutert, und zwar zeigt:

Fig. 1 die Blockschema einer Einrichtung zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals gemäss einer beispielsweise ausgewählten Ausfuhrungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Diagramm, das verschiedene in der Einrichtung nach

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Fig. 1 auftretende Signale als Funktion der Zeit darstellt,

Fig. 3 eine blockschematische Darstellung einer zur richtungsempfindlichen Drehzahlmessung bestimmten, erfindungsgemässen Einrichtung lind

Fig. U- ein Diagramm, das verschiedene in der Einrichtung nach Fig. 3 auftretende Signale als Funktion der Zeit darstellt.

In Fig. 1 wird mit T^ einen Referenzsignalgenerator bezeichnet, der eine Viechseispannung genau festgelegter Frequenz f erzeugt und einen Impulsbildner 2 speist, der ein Aus gangs signal in der Form von Impulsen der Wiederholungsfrequenz f und einer dieser Frequenz umgekehrt proportionalen Zeitdauer abgibt. Diese Impulse werden dem einen Eingang eines Wählerkreises 3 zugeführt, dessen anderer Eingang Steuerimpulse von einem Impulsbildner U- empfängt, der eingangssei tig durch eine Klemme a mit demjenigen Signal gespeist wird, dessen Frequenz zu bestimmen ist. Der Ausgang des Wählerkreises 3 ist dem Steuereingang einer Torschaltung 5 angeschlossen, deren anderer Eingang durch zwei Klemmen b-, und b„ mit einer Gleichspannung konstanter und genau bestimmter Grosse gespeist wird. Der Ausgang der Torschaltung 5 ist durch zwei Klemmen c-, und C₂ dem Eingang eines mittelwertbildenden Kreises angeschlossen, dessen Ausgang mit den Klemmen d-, und dp verbunden ist.

Die Arbeitsweise der vorstehend beschriebenen Einrichtung wird im folgenden an Hand der Figur 2 näher beschrieben, worin F^ das Ausgangssignal des Impulsbildners 2, F₂ das Ausgangssignal des Impulsbildners U-, F^ das Ausgangssignal des Wählerkreises 3 und F^ das Ausgangssignal der Torschaltung 5 bezeichnen. Der Impulsbildner 2 ist der art ausgestaltet, dass er, bei Speisung desselben aus der Referenzspannungsquelle 1 mit einer Wechselspannung der Frequenz f , einen Impuls zug der Wiederholungsfrequenz f_Q und der Impulsdauer - -

ο liefert, wobei & eine Konstante grosser oder gleich 1 ist. In Fig. 2

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wurde angenommen, dass k = 2 sei. Der an die Eingangsklemme a der Einrichtung angeschlossene Impulsbildner h hat die Aufgabe, aus dem dieser Klemme a zugeführten Signal, dessen Frequenz zu bestimmen ist, einen Impulszug einer der Frequenz f des zu untersuchenden Signals proportionalen Wiederholungsfrequenz zu ermitteln. Im Beispiel der Fig. 2 wurde der Einfachheit halber angenommen, dass die Impulswiederholungsfrequenz; gleich f und die Impulsdauer sehr klein, seien. Das aus diesen Impulsen bestehende Ausgangssignal des Kreises h beeinflusst den Wählerkreis 3 derart, dass dieser den ersten nach einem Impuls des Signals F« auftretenden Impuls des Signals F₁ zur Torschaltung 5 durchlässt. Das Ausgangssignal des Wählerkreises 3 wird hierdurch die in Fig. 2 mit F-. bezeichnete Form erhalten. .

In diesem Zusammenhang sei bemerkt, dass eine Voraussetzung dafü dass .jeder Impuls des Signals F₂ die Uebertragung eines Impulses vom Signal F₁ zum Signal F~ bewirken soll, besteht darin, dass die Impulswiederholungsfrequenz des Signals Fp niedriger ist, als die des Signals F^. Falls die Impulswiederholungsfrequenz des F₂ dagegen höher ist, als die des F₁, erhält man von der Einrichtung ein Ausgangssignal des Typs

f_p - (m-l)-f
A + B ——j °- , das für das Intervall (m-l)f_o> f₂ > m «f₀ gilt

°
wobei m. eine positive Ganzzahl und fp die Wiederholungsfrequenz von F₂

bezeichnen.

Das Ausgangssignal F, des Wählerkreises 3 wird, wie bereits erwähnt, dem Steuereingang einer Torschaltung 5 zugeführt, die derart aui gestaltet ist, dass sie, wenn ihrem Speiseeingang durch die Klemmen b., und b₂ eine Gleichspannung E zugeführt wird, an ihrem den Klemmen C₁ ui C₂ angeschlossenen Ausgang ein Ausgangssignal F^ in der Form einer Reil Impulsen abgibt, die zeitlich vollständig mit den Impulsen des Signals F^ zusammenfallen und eine; Amplitude = E aufweisen. Das Ausgangssignal F₁, der Torschaltung 5 wird im Mittelwertbildner 6 in eine konstante

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Gleichspannung Ε_ umgewandelt, die eine dem Mittelwert des Signals F^ entsprechende Höhe hat. Die Spannung B ist in Fig. 2 gestrichelt eingezeichnet worden.

Die in Fig. 3 dargestellte Einrichtung umfasst, wie die Einrichtung der Figur 1, eine Referenzspannungsquelle 1 und einen von dieser gespeisten Impulsbildner 2, sowie eine Torschaltung 5 und einen Mittelwertbildner 6, wogegen diel Kreise 3 und h der Fig. 1 in der Einrichtung nach Fig. 3 durch die Kreise 10, U, 12 bzw. 8 und 9 ersetzt worden sind. Neben den somit erwähnten Kreisen, enthält die in Fig. 3 darge— stellte Einrichtung auch noch einen mit 7 bezeichneten Tachogenerator, ^ der derjenigen Welle od. dgl., deren Drehzahl zu bestimmen ist, als angeschaltet betrachtet werden kann. Weiterhin ist zwischen der Referenzspannungsquelle 1 und dem Tacho ein Frequenzteilerkreis 13 eingeschalte

Der Tachogenerator 7 besteht aus einem Resolver, der vom Kreis 13 mit einer Wechselspannung der Frequenz _o gespeist wird, wobei f die Frequenz des Aus gangssignals der Referenzspannungsquelle 1 bezeichnet, und liefert dabei ein Ausgangssignal F-, q in der Form einer Wechsel

f spannung der Frequenz f^ =-^°- + η · f , wobei n. die Anzahl Polenpaar« des Resolvers und f_ro^ die Umlaufgeschwindigkeit desselben bezeichnen. Das Aus gangs signal des Resolvers wird dem Eingang des Kreises 8 züge- ™ führt, welcher durch Verstärkung und Abschneidung dieser Spannung ein Ausgangs signal F-... in der Form einer Rechteckwelle der Frequenz fn erzeugt. Dieses Signal wird dem Trigger eingang des als Speicherkippschaltung ausgestalteten Kreises 9 zugeführt, der ein Ausgangssignal

F₁ ρ in der Form von positiven Impulsen der Frequenz _Jl und der Zeitig ........ 2 ;

dauer -s- abgibt. Diese Impulse werden dem Sollwerteingang des Kreises

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10 zugeführt, das ähnlich mit dem Kreise 9 eine Speicherkippschaltung ist und dessen Triggereingang mit einer vom Impulsbildner 2 erzen g tei Rechteckwelle F„ der Frequenz f_Q gespeist wird. Der Kreis 10 liefert

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^fi

an seinem Ausgang ein Ausgangssignal Ε\κ in der Form von p~ Impulsen · pro Sekunde, welche Impulse bezüglich ihrer Vorderflanken den positiven Nulldurchgängen des Ausgangssignals F₁-. des Kreises 2 synchronisiert sind und eine Zeitdauer entsprechend der Periodenzeit ·ττ— des

ο Signals F,, bzw. einem ganzen Vielfachen dieser Zeit aufweisen. Das . Ausgangs signal F,u des KreisES 10 wird einem Sollwerteingang des Kreises 11 zugeführt, das gleichfalls eine Speicherkippschaltung ist und gleichsam das Kreis IO an ihrem Triggereingang mit dem Ausgangs signal F,-. des Kreises 2 gespeist wird. Das Ausgangssignal F-,,- der Kippschaltung 11 stimmt mit der Ausgangssignal F-.^ der Kippschaltung 10 überein, ausnahmentlich, dass es um den Betrag i bezüglich diesem zeitlich ver-

o .

schoben auftritt. Die beiden Ausgangssignale F,k bzw. F,,- der Kreisen, Ii und 11 werden jeweils einem Eingang einer sog. "Exklusiv- oder "-Kipp-* schaltung 12 zugeführt, wobei letztere bezeichnet eine Torschaltung, die derart ausgestaltet ist, dass sie ein Ausgangssignal abgibt, das nur während derjenigen Zeitintervalle einen vnn Null abweichenden Wert annimmt, während welcher Impulse an entweder dem einen oder dem anderen Eingang auftreten, nicht aber gleichzeitig an beiden Eingängen. Das Aus gangs signal F-^ der Torschaltung 12 wird dem Steuer eingang der Torschaltung 5 zugeführt, deren anderer Eingang mit einer bezüglich des· Erdepotentials symmetrischen Gleichspannung der Höhe 2E durch die beide Anschlussklemmen b-^ und b₂ gespeist wird. Das Ausgangs signal P^n des* Kreises 5 wird seinerseits dem Mittelwertbildner 6 zugeführt, der an; seinem den Anschlussklemmen d^ und d₂ angeschlossenen Ausgang eine ' Gleichspannung liefert, deren Höhe dem Hittelwert des zwischen +E und -E variierenden Ausgangssignals F.,™ des Kreises 5 gleich ist. ,· Wie aus dem Diagramm der Figur h ersichtlich, wird das Signal* F₁^ entsprechend jedem "TJuischlag" des Signals F₁₀ einen Impuls der "· ._v

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Zeitdauer ψ- enthalten, wobei ein Teil (z.B. die Impulse I und II) di|i

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Impulse gegenseitig getrennt auftreten können, während andere (z.B. die Impulse III und IV) unmittelbar benachbart sein können. Da die Anzahl Umschläge pro Sekunde im Signal F^₂ gleich f., ist, folgt hieraus, dass die Ausgangsspannung des Kreises 6 folgendermassen ausgedrückt werden kann:

^m * ^fo -^{1 f}o V

^fo
Nach Einsetzen von f, = τρ + η * f_rot in diesen Ausdruck, erhält man:

2 · η ·'f _Λ.

E = -Ti ²^ -E

^{m f}o

Diese Spannung wird ihr Vorzeichen wechseln, falls die Umdrehungf richtung des Resolvers umgekehrt wird, was somit ermöglicht, durch Messen der Spannung Ε_, nicht nur die Höhe der Drehgeschwindigkeit, d.h. die Drehzahl, sondern auch die Umdrehungsrichtung des Resolvers festzustellen.

■ II

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Claims (3)

Pa t entans pr iiche

1. Verfahren zur Bestimmung der Frequenz eines elektrischen Signals^ dadurch gekennzeichnet _T dass unter Ausnutzung eines Referenzsignals f einer genau festgestellten Frequenz f eine der Frequenz f des zu untersuchenden Signals proportionale Anzahl Impulse pro Zeiteinheit von einer der Frequenz f des Referenzsignals umgekehrt proportionalen Dauer erzeugt werden, und dass aus diesen Impulsen eine Gleichspannung des Typs

f
A + B ' if , wobei A und B Konstanten sind, ermittelt wird.

ο .'

2. Verfahren nach Anspruch 1, für richtungsempfindliche Drehzahlmessung angewendet, wobei mittels eines Tachometergenerators eine
Wechselspannung einer der betr. Drehzahl f_ro|. proportionalen Frequenz
erzeugt wird, dadurch gekennzeichnet _T dass als Tachometergenerator ein Resolver verwendet wird, der mit einer Wechselspannung, deren Frequenz
der Frequenz f des Referenzsignals proportional ist, gespeist wird,
und dass, nach Erzeugung von Impulsen einer der Referenzsignalfreqiionz ; f umgekehrt proportionalen Dauer, eine Gleichspannung der Form C · ,^o ermittelt wird, wobei C eine Konstante und f ^ je nach der Drehrichtung des Tachogenerators positiv oder negativ ist.

3. Einrichtung zum Durchführen des Verfahrens nach Anspruch 1, ;, dadurch gekennzeichnet, dass sie einen Referenzsignalgenerator, der ein Referenzsignal einer genau festgelegten Frequenz f_Q liefert, eine Vor-,¹ richtung zur Erzeugung einer der Frequenz f einer zu untersuchenden, | Spannung proportionalen Anzahl Impulse pro Zeiteinheit mit einer der
Frequenz f_o des Referenzsignals umgekehrt proportionalen Zeitdauer,

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sowie eine Vorrichtung zum Ermitteln aus diesen Impulsen einer Gleieh-

f
spannung des Typs A + B · γ-. , worin A und B Konstanten sind, umfasst.

h. Einrichtung nach Anspruch 3 zum Durchführen einer Richtungsempfindlicher Drehzahlmessung und die einen Tachometergenerator zum Erzeugen einer Wechselspannung einer der betr. Drehzahl f_ro^ proportionalen Frequenz umfasst, dadurch gekennzeichnet _T dass der Tachometergenerator ein Resolver ist, dem eine Speisespannung einer der Frequenz f_ des Referenzsignals proportionalen Frequenz zugeführt wird und der
seinerseits die impulserzeugende Vorrichtung speist, wobei die gleiehspannungsliefernde Vorrichtung angeordnet ist, eine Gleichspannung der Form C · rot . wobei C eine Konstante ist, und deren Polarität von der

f ■

Drehrichtung des Tachogenerators abhängig ist, zu.erzeugen.

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