DE1813188A1 - Anordnung zur Steuerung und Anzeige der Phase einer Schwingung - Google Patents

Description

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Patentanwalt

Dipl.-Ing. H. Strohschänk

8 München 60 6.12.1968 -j/jp(4)

Anordnung: zur Steuerung und Anzeige der einer o^h

Die ürfinaun^ betrifft eino Anordnung zur Steuerung umi digitalen Anzeige der Phase einer ochv»in,.:unf. Jiea iet von besonderem Vorteil in Veroiniun,; alt der Meaaun^· der !hase von störbeaufeohlagten Jlgnalen, beiapiolsweiae dee Haokkühraignale, das von einem mit modulierten Licht betriebenen Enti'ernun^smesBinstrument aul'genouiten wird.

Eo ist bekannt, die Phase einer Schwingung durch Verschiedene Arten von Juetierbaren Reaktanzecaaltungen einzustellen, Ss ist auch bekannt, die Phase oder Zeit :ait IiIlι· von Bezügeimpulsen su raeeeen, welche einem Zähler während des zu messenden Zeltintervalls zugeführt werden. Um die Phase einer schwingung mit einer solchen Anordnung einzustellen, hat man die Phaeenversögerungsschaltung zu Justieren und BU bewirken, dass die Bezügeimpulse mit dem Zähler zu der B'-züge se it verbunden werden, welche der Phase 0° entspricht, und dieser In Abhängigkeit von den oignal getrennt wird, dessen Phase zu meesen 1st. Wenn daa Signal βtörbeaufschlagt 1st, kann der Zeitpunkt, an welchem die Trennung stattzufinden hat, durch die Jtörung beeinflusst sein.

Die Srfindung beseitigt diesen üaohteil unu 1st gekennzeichnet durch einen Impulsgeber für Bezugsimpulse bestiam-

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ter Frequenz, einen periodischen Zähler zur Aufnahme der Bezugs impulse und Erzougung einer J^nwingun;/ eiritiß Untervielfuchen der beat Lsi. te η tfro'-iuenz, Baueie- KQute zur Abwandlung der Ansah! von Impulsen, welche de.", periodischen Zähler -zu :ei"ührt werden, und einen Vorwarifj/HdckwärtB-Fhasensähler, welcher auf die Bauelemente zur Abwandlung dor Anzahl der liupulöo an-3prioht, um die Phane der ochwin*^run# anzuzeigen. Um die Phaje des Ausgangs.* i^nala des periodischen 2-ihlera zu ändern, werden die Bezu^simpulse a:j dem zu dem Zähler unterdrückt oder zusätzliche angelegt, wobei die unterdrückten oder zuoätalichan' Irspulae durch einyn Vorwärta/Rickwärta-2ählör gezählt werden, weicher als pnaaer.z-ihler dient und eino Digitalanzeige cer Auagangsai^nale ergibt,

Auageataltunken betreffen weitere Einzelheiten der erfinuunjegtmäasen Anordnung.

Die Erfindun.· ist nachetehend anhand der Zeichnungen näher erläutert. £3 zeilen»

_fc Fig. 1 tin Ausführungbtiapiel einer erfindungsgemäaeen P Anordnung zur Steuerung und digitalen Anzeige

dtr Phaat einer Schwingung;

Fig. 2 ein Ausfilhrungebeiepiel einer erfindungegemässen Anordnung zur Steuerung und Anzeige der Phase einer zweiten Schwingung gegenüber einer ersten Schwingung;

?ig. 3 ein Entfernuneiamesainatruiaent mit· einem weiterenAusfUhrun^sbeispiel einer erfiniungsgemäsaen Anordnung.

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C,Q-:A>iB ΓΙ/-*. 1 erzeugt ein l-apiu a^eber JH T'ei'u.· ai.'iipulse iiit einer Frequenz von l MHz. Die Impulse «erden eiue.i Jchalter JkI mit zwei AUi>fiu/;en zugeführt, deren eirer mit der.. Sin«;an,; eines periodischen Sählüra J ^eKoppelt iat. Jie K-ipazitäi deo L'ahlera betritt tJu.jeri'i iütiiiei ten, so daun er einen Auagant-.aimpul β fir jeden tausendsten i£in;^T'^n_t-9iapula liefert. Dia AuaganfS-ic.p .ltifre^uenz beträft aoinit 1 KlIz. nenn ainuaförtaine

zur VerfügutK geateilt werden sollen, kann der raua_t»ang ar. einea öeiierator G für stetige Wellen ließen. Kin Rückkopplun^-awetT kann aber einen Schalter ;>\va hergestellt sein.

Der andere Ausgang deo oohalters öW1 liegt an einem ücnrittrUckatelleingantf eines Phaaenzählers PJ, wel-'her ein Vorwärts/RUokwarta-Zähler bekannter Art sein kann. Mn Impulsgeber JA fur euaatzliohe Impulse arbeitet ebenfalls mit einer Frequenz von 1 HHz. Der Irapulsgeber JA tann einfach eine Verzö^erungBachaltung sein, welche an dem Aua^an? dea Impulagebers JH liegt, um die gleichen Impulse mit einer gewissen Verzögerung au erzeugen, jedoch kann auch irgendeine andere Art eines InipulJgenerators verwendet werden. Die Frequenz braucht nicht gleich derjenigen des Impulsgeber 6R zu sein. Die zusätzlichen Impulse werden einem zweiten uchälter SW2 zugeführt, welcher normalerweise offen ist, jedoch in seinem geachloaaeuen Zustand die Irapulöe einem öchrittvorstelleingang des Phasenzählera PC und auch dem Zähler C zuführt.

Eine Steuereinheit CM dient zur auBwahlmäsaigeri Betätigung entweder des üchaltero 3tf1 oder des behälter« SW2.

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In dem normalen, in Fif% 1 veranschaulichten Zuutand der Schalter SW1, 3W2 werden die Beau ·βImpulse des Impulagebere Uli dom Zähler C zugeführt, welcher einon Auagangoimpulü für jeden tausendsten Mngan^o impuls abgibt. Um die Phase der Ausgan^achw Innung dea Zählers C vorzuschieben, wird der "Jchalter JW2 betätigt, wel -jher bewirkt, daea ein oder mehrere Impulse des impula^ebers UA zusätzlich zu den Bezu^simpulaen de.a Zähler C zugeführt werden. Dieae zuabtauchen Impulse werden auch dem Phasenzähler PC in Vo^wärtjrichtung zugeführt., so daea Jeder Impulo den Phasenzähler FC um eine Einheit vorschiebt. Infolge des an deri Zählor C abgegebenem zu8ätzltche.n_lmpulßea wird der Auagangoiir,pul3 U'. einen Wert vorgeschoben, welcher der Anzahl von suoätzli .hon Irnpuleen entspricht, vorausgesetzt, daea die letzteren von den Besu^simpulaen getrennt sind, so daae der Zähler auf diese getrennt anspricht. Jeder zusätzliche Impuls schiebt den Zählerausgangsirnpula um 1 usec vor. Wenn be: cpiei.-wei.'ie einer von fünfhundert Bezugs impulsen von einem zusätzlichen Impulß gefolgt wird, erreicht der Zähler die Zählung "tausend" nach lediglich seiner halben normalen Periode, und zwar entsprechend einer Phasenverschiebung von 180°.

Ü3 wurüe oben ausgeführt, dass die zusätzlichen Impulae von de:. Bezugöimpulaen zu trennen sind. Dien k'ünn durch an 3ich bekannte Mittel sichergestellt werden. Der Impulageber 3A kann eine Verzögerun^eechaltung sein, welche verzögerte Beaugaimpulse erzeugt, die als zusätzliche Impulse verwendet werden, wie in Pig. 1 angegeben iet. Es i3t auch möglich, die Aufgangs impuls e des Zählers'C durch ochliassun.-; des Schalters BWA in der angegebenen Weise zu verwenden.

Eine PhasenrUclcverschiebung kann erhalten werden, wenn die Steuereinheit CM den Schalter 3W1 betätigt. Diea entfernt einen oder mehrere Bezügeimpulse von der Eingangeschaltung des Zählers C und führt diese dem Schrittrück-

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Stelleingang dea Phasenzähler^ FC zu, wobei das Ausmaas der PhasenrUckverschiebung registriert wird.

Insgesamt zählt der Phasenzähler PC nach vorwärts oder rückwärts, je nachdem, ob die Anzahl der dem Zähler C zugeführten Impulse gegenll er der Normal frequenz gesteigert oder gesenkt wird, wobei auf diese Weise eine digitale Anzeige der Phase der Ausgangsschwingung des Zählers 0 erzielt wird.

In der Schaltung nach Fig. 2 ist der Impulsgeber SR ausgangssei tig mit den Eingängen von zwei Zählern C,32 verbunden, deren jeder so arbeitet, wie in Verbindung mit Fig. 1 beschrie ben wurde. Der zusätzliche Impulsgeber SA ist Über einen Schal ter S.W3 mit einem zusätzlichen Eingang des Zählers C und einem Schrittrückstelleingang des Phasenzähler PG verbunden. In ähnlicher Weise werden die zusätzlichen Impulse einem zweiten Scha]ter SW4 zur Anlegung ein s zweiten Eingangssignale an dem Zähler C2 und an cen Sohrittvörstelleingang des Phasenzählers PC zugeführt.

Im Betrieb bewirkt eine Schliessung des Schalters SW3 die Anlegung zusätzlicher Impulse an den Zähler C, welche von hinten durch den Phasenzähler PC gezählt werden. Eine ochliesaung des Schalters.SW4 bewirkt, dass Impulse dem Zähler C2 und dem Vorwärtseingang dta Phasenzähler PC zugeführt werden, wobei eine Anzeige der Phase der Ausgangeschwingung des Zählere 02 gegenüber derjenigen des Zählers C erzielt wird.

Gemäss Fig. 3 gibt ein Entfernung8me8sinatruinent einen modulierten Lichtstrahl ab und vergleicht die Modulationsphase eines reflektierten Strahls mit derjenigen des Lichtes, das zu einem Empfänger über einen Elchweg geleitet wird, der in dem Instrument vorgesehen ist. Das Licht von der Lichtquelle LS wird Über einen Liohtmodulator LH, beispielsweise eine Kerr-Zelle geführt und als modulierter Lichtstrahl über ein optisches System mit einem Spiegel Mt abgestrahlt. Der rückkehrende Lichtstrahl wird durch einen zweiten Spiegel M2 su einer Lichtwandlerröhre PT geführt. Das Modulatlonsaignal für die Kerr-Zelle wird von einem Frequenzmultipli-

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lcator MIJ erbalten, welcher da3 5 MIIz-L5ifj;jaJ eineo Ueau^gsignalfebera jP aufrilnut und Mit ein^ii ^va'_:cV>r υ aultipllsiert. Die Ausgan^uoparinuntf dor 30 MHz wird dem Liohtmoduiator ijtf zugeführt. Jie Lichtwardlerrönro P? wi rd auf einem dteueivi'ter ·ηί ttel μ -e-i-nor ^pannun,' v^.n 'o,)0i ί Hz moduliert, v/olf'he von eine:·; ^berJ.a^e "Un^B^one^a for OF _f;eli.erert wird, so Anna dio Aus/ja η »en pan nun j? der iioiitwariü j .errnii-'e PT eine Freii von 1 YAIz aai'we*:it»

^r. dets ,'oei·: ^forur.i^iryr^raicrt» JH üowie dea KrenuerjÄinul tiplika^ oro ,'U werden einer 'Tincnotufe MX /ugel-uiirt, weioue eine Auufan^r. j. ir>r.un. ^> η 1 Κ'ϊίκ ao^ibt. Dioi3o au;;₍-;n>'}3f]par.nunf_;* wira eir.ex I h^aei.v e tei, tor PLi sugef'ihrt, we. euer oine Phaaer.B^euvrftpdnnung- in Abh^n^i^keit von dor Phaser./.if fererjz zwitjcher. aen spannungen abgibt, die deusen beiden Eingängen zugeiuiirt werden, un^ sieuert die Phaao des Überiagerun^Bgener.itors üH, Uin ;;wei'er Phasen« ieto<tor p]-:.^J ver/jleicht" die phaas lea iin.ian/scii'-nala der ..i^ntwanUerrrhre PT mit der.ier.i.;er der. E3 r.^ar.,s.-3ßlgnale an den anderen jtSin^ang ueo phaaendetektors PJ-2·

Die Pnanei justier- und anzeigeanordnung naca der Erfindung ist inn«rnaIb dee ^estricnel-.en Kaetena veranacnaulicht und entspricht im wesentlichen derjenigen nacn Pig. d. Baueinheiten .jH, Ci Gk, PC entapreici-eh denjenigen nacn r'ig. 2. l»ie zusätzlichen I rupuloe werden von den Au η gingen der Zahler C, ¹Zc zu üe"i iichäj.ier u<»5 bzw. J »6 geführt. Ler &c hai tor tjt;^ ließt an einep. zweiten iingan^; deo 2ähiero- C und an einem Schrittrucketelleiiigang des Phaaerizählers Pu, wogegen der Ausgang des Schaltera 8W6 an einein Eingang des Zählers ü2 sowie an einem Bchrittvorstelleingang aea Phasenzähler PO lie^t. jJie Schalter werden auxcn Auagangagrciäaeu dee PhasenüeteKtore PI)2 in solcher Weise gesteuert, dass der Schalter 5W5 lediglich dann ofXen ist, wenn die Phasendifferenz zwischen den an dem Phasendetektor "Bb2 liegenden Signalen negativ täz, und der-Schalter *'*'■& iöt lediglich

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darm rlTea, weun d j e I'haaeiuii fforetn¹. pe·': 'iv ict. Die TiA¹Pi* en l^r,inf:a:;_f'orr^N<3apr' dor rv.j.-e.'iic ' ΰ'/':\r»n Tl) im ; PD2 litjfan an den AunfHn₍~en der ",-idam ν b;',w. :)2.

:^ser rrnJulier^e "Μ· M.r.tt ihl verV.iuft vor. der Lichtquelle V entweder -:'ber dir zv ~*ir>vvAc ?.r.i fernur.f, wie ir. <ier rifur verar .n ^.auHol.t, o^er, failn die !'pie.-'e; *'1, Μ«ϊ entfernt oind. „her einen Kiohwe^ JP justierbarer LÜn^e zu der lichtwaudlerrtfhre ΓΤ. "DiG Grundlage dor yiesi;un₍- besteht darin, rsuernt deu Kiohwef OP ku verwenden» u:;> d^e Phase dec ausgesendeten I'trnlila fleich der Ausbin'oph^e iee r.Hhlera C und diejonifen der e^ri'enfer.en Γ-trahls fleich derjenigen des ?äh] ern C? zu naohei.. 3er Phase:.zHhler PC wird alcdnr.ii auf null einrentellt ur.d das Inn⁴rur.er.t zur Messung der gesuchten En*ferrvur.r vorbereitet. TMe Spiegel M1 , !12 werden darauf in Betriebsatellun_t7 angeordnet, und der zuruokkehronde Li el: t ti ti al.] weist β'ίιβ VerntVerunp; entnpreche! d der Entfernung auf. Pin Phare des '-JUi^tese.ideten Lichtstrahls iot noüh fielet der_vie;.i-~er der Auswar..· agrösae des Zählers C. Per Phaaenaahler PC wird in P.'.trieb33tellung eingeschaltet, und die Phase de3 .''/Ililers 02 wird gegenüber den Zähler C mittels zusätzlicher Irapulae der oohalter dW5_t bW6 in positiver oder negativer Riohtunr justiert, bis Phasengleichheit zwischen den zu der, Phasendetektor PD2 verlaufenden Eingan^agrHssen benteht. Dan von der Li2Vwandlerröhre PT aufgenommene oipnal befindet π^:ch alsdann in Phase mit der Ausgangs^rösse des Zählers G2j und die Phasendifferenz wird an den Phasenzähler PC anfreneint» welcher in Metern eingeteilt aeln kann.

Es iat bekannt, daoe in dem Fall, wenn zwei Signale gleicher Frequenz und unternchiedlicher Phase mit ein und deraelben Frequenz überlagert werden, die transponierten Frequenzen ebenfalls die gleiche Phasendifferenz aufweisen. Eine derartige überlagerung findet bei der. vorliegenden Intstrument

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otatt, wobei der '.iuageäoridete Strahl .nit *0 MHz moduliert \/i-d Li.κ! ö'ivj Phase-rao-inuri^r bsi 1 KJit*, svi ttf indet. Das "li'iiai'frequönzai^tiHl, dessen Phase den ausgesendeten Strahl d^rnteilt, wird von der Mieehütufe MX abgenommen, wobei ^fiio eine rre.;uönn ·^Γοη 30 MJI" aufweisende Jchwingung, welche '!o!i auslese K'etea ytrahl moduliert, ~»i'„ elaer Frequenz von 30,001 MTI.-· neitenfi de") über^{1 o}.gerun_f~o,';enorötors GH moduliert wird. Dp.v PhaBonrtetektor PD vorcleicht die Au3ganjf;aphaee der Miachatui'e "X rai*. -derjenigen den Wählers C uni leitet eine Phinensteuerepannu.i,; Hb, we. 1^a rHe Phase den Dberlajerungsßenerators QV. einstellt und die Phaeendifferenz zwiü-'jliori den be'.der. Ein^än,~en des rhaoenifjtektora PD auf null.

Venn 3er ntr-ihi 'Jber rlen ]]■:''jhwo.-; vollauft und der Phaeen- z'-ihlnr PC auf null iiuruokgejtelli; iot, vergleicht der Phaetn-CIe^eIC^--Or TT.2 die Phatien an defieon beiden Eingängen und bet^Vfift er.^v/oder de.i Cch'U⁺er 'W5 O'ier "'Wi, bif die Phaaendlfferer.K r.wiaeV.eri der. Aui^?;;ah\'"apr9cjf.5ei der Zahler G, 02 _£3]eic}, derjenigen av/ieghen deu AuEJgan^agr'iu-üen der Mlachiitufe MX und 4er Lichtw-jndlerröhre PT ist, d.h. der Verzögerung über den Eiohweg entspricht.

Der Vorgang wird alsdann wiederholt, während der Strahl über He unbekannte EnI f er nun-; Verl-^;iu^rt, wobei der einzige Unters Ά i©..'l darin besteht, dass nunmehr der Phasenzähler PC aVtiv iat, so dass jegliche Justierung der Phasendifferenz durch eine entsprechende Zählung an -3 9.Ή Phasenzähler PG registriert wird, rvemi keine Pha send if ferenz awl sehen den zu dem PhaaendeteVtcr ΡΌ2 verlaufende': ^ingan^sgrb'asen vorliegt, ist Weder die ^t1n?_:^tive^M noch die "positive" Auogan/jeechaltung aktiv, und die Pha3endifferen3 zwischen den Auagangsgröe sen der Zähler C, 02 entspricht der Differenz der Zeitverzögerung über die unbekannte Entfernung sowie über den Eiohweg.

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Claims (1)

1. ™ilil!iPl"'^;'!| !(IgBi! !"ir-

   ¹ 1.) Anordnung zur Steuerung und Anzeige aer Phase einer Schwingung, gekennzeichnet durch einen Impulsgeber (SR) für Bezugsimpulse bestimmter Frequenz, einen periodischen Zähler (C) zur Aufnahme der Bezugaimpulse und Erzeugung einer Schwingung einee Untervielfachen der bestimmten Frequenz, Bauelemente (SWT; öA, SW2j ÜW3 ... 6) zur Abwandlung der Anzahl von Impulsen, welche deji periodischen Zähler (C) zugeführt werden, und einen Vorwärts/Rückwärts-Phasenzähler (PC), weloher auf die Bauelement· zur Abwandlung der Anzahl der Impulse anspricht, um die Phase der Schwingung anzuzeigen.

   2. Anordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente (JWl) eur Abwandlung der Impulse einen behälter zur Trennung des Ausgangs des Impulsgebars (au) von dam Zähler (C) sowie zu dessen Verbindung mit dem Eingang des Phasenzähler (PC) aufweisen.

   3. Anordnung nach Anspruch t, dadurch gekennzeichnet, dass die Bauelemente zur Abwandlung der Ansah! von Impulsen einen Impulsgeber (SA) fur zusätzliche Impulse und einen Schalter (SW2) aur Verbindung des Impulsgetoers (BA.) mit einem Eingang des Phasenzähler (PC) aufweisen.

   4. Anordnung nach einen der Anspruch· 1-3 sur steuerung und Anaeig· dir Pha·· gegenüber einer «weiten Schwingung, g«k«nns«iohnet durch «inen aweiten periodischen Zähler (02), weloher alt dem Be«ugeiapulsgeber (SR) gekoppelt 1st und «in· »weite Schwingung von der «in Untervielfaches darstellenden 7r«quen« «rseugt.

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   5. AnoL'dnur: ; nach Anspruch 4, gekennzeichnet durch zweite Bauelonen'e ('CvA) zur Abwandlung de" Anzahl von Impulsen, we.l 'he dein zweiten Wähler (C2) zugeführt werden nowie sur Betätigung den Fhanem'Jih] tjrn (PC).

   '^:. /riordrni^r "iich Wjpruc. 1, ^e* or.n'<:ni :.-t.net .'lur;.h einen -,weiter, perl. ndl.-^oi-en —IhI or (·;/>) , welcher fiur Auf- n<ihme ler Bezugai.Mpulae sov/i-j zur Er^eu^ur..^ einer zweiten .; 'hwliV'un ; -1f>r einen 'Jn¹ c'vi«¹'''■:.ori ent-.Ej^rejhen.ier» Fre-.uen" hp.-ItI-In^: Lr;t, einen TnpuliJf'.'iber (-!-λ) ^rür nufiätz-Ii₁^Ke Irpulae, e¹r.en ersten'>! a] te'· ^'Vr'i) ;',ur Verbin-™ :lnnr de;) Tnifil H.'ebn^^ f ,1A) -lit <Ίρ" _.!ίη;'ί»η^ des ersten

   Znh'ers ( "!) nowle '".It den .icnri ttr'ioKeuelleingan^ des Phasenzähler^ (PJ) und einen zweiten Jonalter (ürf4) λ\χγ 'ίβταίηύχιηζ des I.rpuls^ehera (i3A) mit dem Eingang dea zweiten Wählers (C2) sowie dein iJc
   des Phasenzählere (PO).

   7. -Vmrdnuri.? lach \nⁱ?pruch 1 ^>ar Meaeun^ und Anzeige ier F^v»aaenfinJerun^ elnea Tjelsund-irsignale gegenüber einem PriT3ärai^nal _f gekennzeichnet durch ein eretea PhaBensteuerelement, wel oh.es auf das PrimHraignal sowie iie e^ste 3chwin*un^ -na nr loht., ur» die· Phaaendi f ferenz zwischen dir Signal und der Schwingung auf null zu reduzieren,und ein zweites phaaenateuerelement (PD?), welche· auf da3 lieicundirsignal and dit zweite Schwingung anspricht« ut die Phaae ier sweiten 3ohwin\7ur? 30 zu steuern, dass •lies» gleich derjenigen dea Sekundär3ignals iat.

   8. Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das tweite Phaaeneteuerelement (VJ)?.) dem Vorztichtn der Phastndiffertne awieohtn der «wtittn Schwingung und dem öekundäraignal entspricht« um einen von einem Paar Schalter (5W5, 3W6) zu betitigen und aus!tallohe !»pulse einem der periodischen Wähler (C, 02) sowie einem entsprechenden der Eingänge des Phasenfehler* (PC) iueufUhren,

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