DE1912978A1 - Digitaler Phasenmesser - Google Patents

Description

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Dipl.-Phys. Leo Thul
Patentanwalt
Stuttgart - Feuerbach
Kurze Straße 8

J. Pignard - B. Wintz 1-1

INTERNATIONAL STANDARD ELECTRIC CORPORATION, ^20 Park Avenue, NEW YORK 22, N.Y., USA.

Digitaler Phasenmesser

Die Erfindung bezieht sich auf einen digitalen Phasenmesser mit einer Anordnung, die aus den zu vergleichenden Schwingungen gleicher Frequenz Impulse ableitet, deren Dauer ein Maß für die bestehende Phasendifferenz ist.

Es ist bekannt, die zwischen zwei Schwingungen bestehende Phasendifferenz in der Weise zu messen, indem für jede Periode der beiden Schwingungen ein Signal gebildet wird, welches beginnt, wenn eine der Schwingungen einen vorgegebenen Punkt, z.B. die Nullinie, im positiven Sinne durchläuft und endet, wenn die zweite Schwingung denselben Punkt überschreitet. Die derart erzeugten, periodischen Meßsignale haben eine konstante Amplitude, sodaß es genügt, diese zu .integrieren, um eine analoge Größe für die Phasendifferenz zu erhalten. Da die Analoggröße ein Strom oder eine Spannung sein kann, läßt sie sich beispielsweise durch ein Zeigerinstrument anzeigen.

Derzeit ist es erwünscht, digitale Messungen durchzuführen, bei denen die Meßgröße in eine entsprechende Anzahl von Impulsen umgewandelt wird. Ein Ziffernanzeigegerät zählt diese Im-

ZEW/P (II) pie-krä.

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pulse und zeigt das Ergebnis mit Hilfe von Ziffernanzeigeröhren an. Auf diese Weise können sehr hohe Meßgenauigkeiten er» . reicht werden.

Ferner ist es üblich, mehrere Meßverfahren zu vereinigen und durch ein Anzeigegerät anzuzeigen. So ist es z.B. möglich, die Meßergebnisse eines digitalen Prequenzanzeigers und eines Phasenmessers auf das gleiche Anzeigegerät zu geben.

Der Erfindung liegt jedoch im wesentlichen die Aufgabe zugrunde, einen digitalen Phasenmesser zu schaffen, bei dem die Phasendifferenz zweier Schwingungen für eine Ziffernanzeige in eine entsprechende Anzahl von Impulsen umgewandelt wird. Die Schaltungen zur Bildung der Meßsignale sollen einfach sein und gemäß einer Weiterbildung der Erfindung ist eine Anordnung vorgesehen, bei der die Meßsignale von jeweils zwei charakteristischen Stellen der zu vergleichenden Schwingungen abgeleitet werden, um bessere Genauigkeiten bei der Phasenmessung verzerrter Schwingungen zu erhalten.

Die Erfindung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator zur Erzeugung von Zählimpulsen, ein Generator zur Erzeugung eines MeßSteuersignales, dessen Dauer ein Vielfaches der Dauer der Zählimpulse beträgt, eine Vergleichsschaltung, welche bei jeder Periode der zu vergleichenden Schwingungen ein Phasenmeß-= signal liefert, eine Koinzidenzschaltung, die bei gleichzeitigem Eintreffen der Zählimpulse, des Meßsteuersignales und des Phasenmeßsignales Impulse abgibt und eine Anzeigevorrichtung vorgesehen ist, welche die Impulse zählt und für eine Ziffernanzeige auswertet.

Ausführungsbeispiele des erfindungsgemäßen Phasenmessers werden nachstehend anhand der Figuren 1 bis 11 beschrieben.

Pig.l zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Phä—

senmessers.
Pig.2 zeigt die Signale, die an den verschiedenen Stellen des Phasenmessers nach Pig.l auftreten.

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Fig.5 zeigt ein Blockschaltbild des erfindungsgemäßen Phasenmessers, in dem die Vergleichsschaltung ausführlich dargestellt ist.

Fig.4 zeigt Signale an verschiedenen Stellen des Phasenmessers nach Fig.J.

Fig.5 zeigt Kurven zur Erläuterung des Einflusses von Verzerrungen auf das Meßergebnis.

Fig.6 zeigt das Schaltbild eines Phasenmessers gemäß der Erfindung, bei dem der Einfluß der durch Fig.5 dargestellten Verzerrungen ausgeglichen wird.

Fig.7 zeigt Signale an verschiedenen Stellen des Phasenmessers nach Fig.6.

Fig.8 zeigt Signale eines anderen AusfuhrungsbeiSpieles des Phasenmessers nach Fig.6.

Fig.9 zeigt eine Korrekturschaltung zur Vervollständigung

des Phasenmessers nach Fig.6. Fig.10 zeigt Signale eines ersten Ausführungsbeispieles der Korrekturschaltung nach Fig.9.

Fig.11 zeigt Signale eines zweiten Ausführungsbeispieles der Korrekturschaltung nach Fig.9.

In der Anordnung nach dem Blockschaltbild Fig.l liefert der Generator Gl positive Zählimpulse S£ mit der Periode To und der Generator G2 ein positives Meßsteuersignal sm mit der Periode kTo. Die Schwingungen, deren Phasendifferenz gemessen werden soll, gelangen an die Eingänge A und B der Vergleichsschaltung CC, die bei jeder Periode der EingangesignaIe ein Phasenmeßsignal sjo liefert. Dieses Signal beginnt beim Nulldurchgang der einen Schwingung im positiven Sinn und endet, wenn das andere Signal die Nullinie im positiven Sinn durchläuft. Eine Koinzidenzschaltung P3j die als UND-Schaltung ausgebildet sein kann, erhält an den drei Eingängen das Phasenmeßsignal sp_, die Zählimpulse _sc und das Meßsteuersignal sm. Wenn diese Signale zeitlich übereinstimmen, liefert die Koinzidenzstufe P3 ein Ausgangssignal S, das an eine Anzeigeeinrichtung AF gelangt. Diese enthält einen Zähler Cp, der die Impulse des Signales S zählt, ein Register Reg, welches die Stellung des Zahlers am Ende der Messung spei-

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chert und eine Anordnung Äff, die das Resultat mit Hilfe von Ziffernanzeigeröhren sichtbar macht.

Wie aus Fig.2 zu ersehen ist, liefert der Generator Gl fortlaufend die Zählimpulse _sc und der Generator G2 das Meßsteuersignal εηη mit der Periode kTo. Die Schwingungen an den Eingängen A und B, deren Phasenunterschied gemessen werden soll, sind beispielsweise sinusförmig. Durchläuft die Schwingung am Eingang A die Nullinie im positiven Sinn, dann beginnt die Vergleichsschaltung ein Phasenmeßsignal _sp zu liefern. Überschrei = tet daraufhin die Schwingung am Eingang B die Nullinie in der gleichen Weise, so beendet die Schaltung CC das Signal _sp_. Das Signal jsjd hat demnach die Dauer©, die der zeitlichen Ablage der beiden Schwingungen entspricht. Der oben beschriebene Vorgang xviederholt sich bei jeder Periode der beiden Eingangs schwingungen.

Die Signale sp_ gelangen an den linken Eingang der Koinzidenzschaltung Ρ3· Während jedes Signales _sp_ und wenn das Meßsteuersignal sm an den rechten Eingang der Koinzidenzschaltung Pj5 gelangt, wird diese bei jedem Zählimpuls _sc des Generators Gl am mittleren Eingang durchlässig und liefert einen Ausgangsim- , puls S. Auf diese Weise liefert die Koinzidenzschaltung P^ in Abhängigkeit von dem Signal sp innerhalb der Meßintervalle sm Impulsgruppen der Ausgangssignale S.

Wenn T die Periode der Schwingungen A und B ist, Su ist die Höchstzahl X der Impulse am Ausgang S

Darüberhinaus ist die Phasendifferenz zwischen zwei Schwingun·= gen mit der Periode T und der zeitlichen Ablage θ in Grad ausgedrückt

Ist demnach k = 3>6o, dann drückt die Anzahl X der Impulse unmittelbar die Phasendifferenz in Grad aus.

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Auf dieselbe Weise kann, wenn k = 400 gemacht wird, die Phasendifferenz in Neugrad oder auch als Radiant angegeben werden. Je höher k gewählt wird, um so höher ist die Meßgenauigkeit. So läßt sich die Phase in tausendstel von Grad messen, wenn k den Wert 360 · ΙΟ? erhält.

Die Impulse, welche die Phasenablage zweier Schwingungen A und B ausdrücken, gelangen an den Zähler Cp der Anzeigeeinrichtung AP. Am Ende der Messung wird der Inhalt des Zählers Cp in das Register Reg übertragen. Während der Zähler Cp für eine neue Messung auch in die Stellung 0 versetzt werden kann, steuert das Register Reg mit Hilfe der Anordnung Äff die Ziffernanzeige des Meßresultates.

In der Figur J sind die Bezugszeichen der Figur 1 mit gleicher Bedeutung übernommen. Die Vergleichsschaltung CC ist ausführlich dargestellt und zwischen dem Ausgang des Generators Gl und dem Eingang des Generators G2 ist eine Verbindung vorgesehen, sodaß letzterer als Frequenzteiler ausgebildet sein kann. In der Vergleichsschaltung CC sind zwei Begrenzerverstärker AEa und AEb vorgesenen, weiche die Schwingungen an den Eingängen A unu B in Rechteckwellen umwandeln und an die Ausgänge Al und Bl weitergeben. Die Torschaltungen Pl und P2 werden von den Rechtecksignalen und jeweils einem Ausgang der bistabilen Kippstufe Kl beaufschlagt, die selbst wieder von den beiden Torschaltungen gesteuert wird.

Die Torschaltungen Pl und P2 sind als NAND-Schaltungen ausgebildet. Eine derartige Torschaltung liefert ein Signal mit der Spannung Null (Masse) und niedriger Impedanz, wenn beide Eingänge ein positives Potential erhalten. Wenn einer der Eingänge kein positives Signal erhält, dann gibt die Torschaltung ein positives Signal bei hoher Impedanz ab. Da die Ausgänge der Torschaltungen Pl und P2 miteinander verbunden sind, 1st die Leitung b positiv, wenn beide Tore positive Signale abgeben. Wenn jedoch eine der Torschaltungen das Signal 0 bei niedriger Impedanz (Masse) abgibt, so ist hierdurch das positive

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Signal hoher Impedanz der anderen Torschaltung kurzgeschlossen und die Leitung fc> liegt an Masse.

Die bistabile Kippstufe Kl hat zwei Eingänge _b und f und zwei Ausgänge 0 und 1, von denen der Ausgang 0 über die Leitung a die Torschaltung Pl und der Ausgang 1 über die Ausgangsleitung SJ2 die Torschaltung P2 steuert. Wenn sich die Kippstufe in der Stellung 0 befindet, ist der Ausgang 0 positiv und der Ausgang 1 auf Massepotential. Diese Potentiale kehren sich um, wenn die Kippstufe in die Stellung 1 gelangt.- Befindet sie sich ursprünglich in der Stellung 0, so gelangt sie durch einen positiven Impuls am Eingang b in die Stellung 1. Das Umschlagen findet am Ende des Impulses an der negativen Planke statt. Ein neuer positiver Impuls am Eingang b bringt die Kippstufe auf dieselbe Weise in die Stellung 0 zurück. Der Eingang f_ dient zur Rückstellung auf 0. Liegt dieser Eingang an Masse, dann wird die Kippstufe Kl in der Stellung 0 festgehalten. Liegt der Eingang f an einem positiven Potential, dann kann die Kippstufe Kl den Signalen am Eingang b frei folgen.

In der Figur 4 sind die Schwingungen an den Eingängen A und B sinusförmig. Die Begrenzerverstärker AEa und AEb verstärken und begrenzen diese Schwingungen und geben an den Ausgängen Al und Bl die zugehörigen Rechtecksignale ab.

Vor der Messung hält das Signal am Eingang _f die Kippstufe Kl in der Stellung 0 fest, sodaß diese über die Leitung a ein positives Potential an die Torschaltung Pl abgibt. Am Anfang der Messung wird, durch nicht dargestellte Mittel,, das Signal, welches die Kippstufe am Eingang Γ sperrt, unterdrückt. Zur Vereinfachung sei angenommen, daß die Rechtecksignale an den Ausgängen Al und Bl zu diesem Augenblick den Wert Null haben. Beim Eintreffen einer positiven Front der Schwingung Al gelangt ein positives Potential an den unteren Eingang der Torschaltung Pl. Diese spricht an und liefert das Potential Null. Die Leitung b und der Eingang der Kippstufe Kl nehmen hierdurch das Potential 0 an, wodurch die Kippstufe Kl in die Position 1 umschlägt.

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Das Signal a wird Null, wodurch die Torschaltung Pl sperrt und am Ausgang b ein positives Signal liefert. Die Kippstufe Kl liefert ebenfalls ein positives Potential am Ausgang 1, sodaß die Vergleichsschaltung CC ein Phasenmeßsignal an den linken Eingang der Torschaltung Pj5 abgibt.

Das Signal _sp_ wird dem unteren Eingang der Torschaltung P2 zugeführt. Beim Eintreffen der positiven Planke der Schwingung Bl spricht die Torschaltung P2 an und liefert am Ausgang das Signal Null. Das Signa± an der Leitung b gelangt von einem positiven Potential auf ein negatives Potential und steuert die Kippstufe Kl in die Stellung 0. Diese gibt am Ausgang 1 das Potential Null ab, wodurch das Phasenmeßsignal sp_ beendet wird.

Während die Torschaltung P2 sperrt, wird das Signal a positiv, wodurch die Torschaltung Pl das Potential Null abgibt.. Auch das Signal an der Leitung b wird auf dem Potential Null gehalten. Beim Eintreffen der negativen Flanke der Schwingung Al sperrt die Torschaltung Pl, wodurch die Torschaltungen Pl und P2 ein positives Potential an die Leitung b abgeben. Damit befindet sich die Vergleichsschaltung CC wieder in der Ausgangsstellung. Die soeben beschriebenen Vorgänge wiederholen sich bei jeder Periode der Schwingungen an den Eingängen A und B und die Vergleichsschaltung liefert eine Folge positiver Signale sp_. Die Torschaltung P3 erhält ferner positive Zählimpulse _s_c und das Meßsteuersignal ε>τη. Die Torschaltung P3 ist ebenfalls eine NAND-Schaltung, die im Ruhezustand eine positive Spannung abgibt. Innerhalb der durch das Signal s>m bestimmten Meßintervalle und" während jedes Signales sq spricht die Torschaltung Pj5 auf jeden positiven Impuls s_c an und liefert am Ausgang S einen Impuls mit der Spannung Null. Am Schluß des Meßintervalles wird das Signal sm Null und die Torschaltung PJ ist gesperrt. Im selben Augenblick entsteht wieder das Signal _f, welches die Kippstufe in der Stellung 0 festhält.

In dem Beispiel nach Fig.5 ist die Schwingung am Eingang A sinusförmig, während die Schwingung C derselben Frequenz am Eingang B verzerrt ist. Die Verzerrung ist im Vergleich zu der ge-

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strichelt dargesteiltexi sinusförmigen Schwingung an beiden Flanken dieselbe. Nach der Begrenzung ergeben sich die Rechteckschwingungen Al und Cl. Die positiven Planken der Schwingung Cl sind um die Zeit χ verzögert und die negativen Planken um denselben Betrag χ vorgerückt. Deshalb kann die Phasendifferenz 61 nicht mehr wie bisher an den positiven Planken der Schwingungen Al und Cl gemessen werden. Ein von den positiven Planken abgeleitetes Signal würde um die Dauer χ verlängert, woraus sich ein Signal von der Dauer Θ1 + χ ergäbe. Würde die Phasendifferenz von den negativen Planken abgeleitet, so würde das Signal um dieselbe Zeit χ auf den Wert 61 - χ verkürzt. Die vorgeschlagene Lösung besteht nun darin, während der ersten Hälfte des Meßintervalles die Phasendifferenz aus den positiven Planken und während der anderen Hälfte des Meßintervalles aus den negativen Planken abzuleiten. Dadurch wird die Verlängerung durch die Verkürzung kompensiert und das Meßergebnis bleibt von den Verzerrungen unbeeinflußt.

In der Anordnung nach Fig.6, die zur Phasenmessung verzerrter Schwingungen nach Pig.5 geeignet ist, sind die Bezugszeichen d&? Figur 3 mit gleicher Bedeutung übernommen. Jedoch sind der Vergleichsschaltung CC die bistabile Kippstufe und deren Steuereinrichtungen, die aus den Invertern Il und 12, den Torschaltungen P15 und P6 und dem Kondensator \cd3 bestehen, beigefügt.

Die Vergleichsschaltung ist ferner durch die Einfügung zweier umschaltbarer Wege zwischen dem gemeinsamen Ausgang (Leitung b) der Tors chal tungen Pl und P2 und der Steuerleitung (Leitung g) der Kippstufe Kl ergänzt. Hiervon enthält der direkte Weg den Inverter 13 und die Torschaltung P4 und der invertierte Weg nur die Torschaltung P5.

Der Inverter 13 ist eine NAND-Torschaltung mit einem Eingang, die bei Eintreffen eines Massepotentials ein positives Signal und umgekehrt liefert. Wenn sich die Kippstufe K2 in der Stel-3t. oefindet, ist die Torschaltung Ph durchlässig. Erhält sie demnach von dem Inverter 13 Massepotential, so liefert die Torschaltung P4 eine positive Spannung und umgekehrt. Da die in

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den direkten Weg eingefügten Inversionen sich aufheben, verhält sich dieser, als ob die Torschaltungen die Kippstufe Kl direkt steuern würden.

Im selben Augenblick ist die Torschaltung P5 im invertierten Weg, die von dem anderen Ausgang der Kippstufe K2 gesteuert wird, gesperrt. Die Torschaltung P5 liefert demnach eine positive Spannung bei hoher Impedanz, die ohne Einfluß auf die von der Torschaltung P4 gelieferten Signale bleibt.

Wenn sich demnach die Kippstufe K2 in der Stellung O befindet, ist die Arbeitsweise der Vergleichsschaltung CC genau dieselbe, wie die des Phasenmessers nach Fig.3· Dabei liefert sie am Ausgang sjd Signale, die von den positiven Planken der Eingangs schwingungen abgeleitet sind.

Ist die Kippstufe K2 in der Stellung 1, dann ist die Torschaltung p4 gesperrt, während die Torschaltung P5 entsperrt ist. Sie überträgt somit die Signale der Torschaltungen Pl und P2 invertiert an den Eingang der Kippstufe Kl. Dadurch geht, wenn die Schwingung Al von einem positiven Wert nach Masse übergeht, (negative Planke) die Kippstufe Kl von der Stellung 0 in die Stellung 1 über. Ebenso kehrt sie durch eine negative Planke der Schwingung Cl in die Stellung 0 zurück. Wenn die Kippstufe K2 in der'Stellung 1 ist, liefert die Vergleichsschaltung Signale, die von den negativen Planken der Eingangsschwingungen abgeleitet sind.

Um die Steuerung der Kippstufe K2 jeweils während der Hälfte des Meflintervalles zu ermöglichen, 1st der Generator G2 mit einem zusätzlichen Ausgang versehen, der jeweils in der Mitte eines Meßintervalles ein positives Signal jsn abgibt, welches einem iix^gang der Torschaltung P6 zugeführt wird.

Der andere Eingang der Torschaltung p6 wird von einer Schaltung gesteuert, welche die Inverter Il und 12, die Torschaltung P15 unrt ölen Kondensator οά^> enthält. Ist die Schwingung Al positiv, dann liefert der Inverter Il Massepotential, welches die Tor-

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schaltung PI5 sperrt. Diese gibt eine positive Spannung ab, welche die Torschaltung Ρβ entsperrt* nachdem der Kondensator cd3 aufgeladen ist. Ist die Schwingung Cl positiv, so ist die Torschaltung P6 auf die gleiche Weise durch den Inverter 12 und die Torschaltung PI5 entsperrt.

Wenn demnach die eine oder die andere (oder beide) der Schwingungen Al und Cl positiv ist (sind), arbeitet die Torschaltung Ρβ, sobald der Generator G2 das Signal _sn liefert und steuert die Kippstufe in den Zustand 1. Diese ändert somit ihre Position in der Mitte eines Meßintervalles und schaltet dabei die Steuerschaltung der Kippstufe Kl von dem direkten auf den inversen Weg um.

Wenn beide Schwingungen den Wert Null haben* erfolgt die Umschaltung nicht unmittelbar. Sobald aber eine dex· Schwingungen positiv w wird-, wird die Torschaltung PI5 gesperrt und lädt den Kondensator j3äj5 auf. Während der Aufladung des Kondensators arbeitet die Vergleichsschaltung in Abhängigkeit von der gerade aufgetretenen positiven Flanke und stabilisiert sich. Wenn der Kondensator aufgeladen ist, arbeitet die Torschaltung P6 und laßt die Kippstufe K2 in die Position 1 übergerien, sodaß die Umschaltung stattfinde to

Die Anordnung mit den Invertern Il und 12, der Torschaltung PI5 und dem Kondensator cäj hat somit die Aufgabe, die Umschaltung von dem direkten auf den invertierten Weg zu verzögern, solange die Schwingungen Al und Cl den Wert Null haben.

Die Arbeitsweise des Phasenmessers nach Fig.6 und insbesondere die Erzeugung der Phasenmeßsignale werden nachstehend anhand der Kurven der Figur 7 beschriebene Hierbei soll vom Anfang eines Meßintervalles ausgegangen werden, wobei während des Auftretens des Signales sm das Signal f unterdrückt ist. Ferner haben die von den Schwingungen Al und Cl abgeleiteten Rechteckwellen den Wert Null und die Kippstufen Kl und K2 befinden sieh in der Stellung 0.

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Die Torschaltung P5 ist gesperrt, während die Torschaltung P4 entsperrt Ist. Wie bereits erwähnt, ist der direkte Weg offen und überträgt die Signale des Leiters b auf den Leiter ja; ohne sie zu ändern. Die Arbeitsweise der Vergleichsschaltung ist dieselbe, wie die der Figur 5 und sie liefert Phasenmeßsignale sp, die von den positiven Planken der Schwingung Al und Cl abgeleitet sind.

Nachdem die Hälfte des Meßintervalles abgelaufen ist, bringt der Generator G2 durch das Signal sn die Kippstufe K2 in die Stellung 1. Die Torschaltung P5 ist entsperrtj, während die Torschaltung P4 gesperrt ist. Dadurch ist der invertierte Weg offen und überträgt die Signale des Leiters b invertiert auf den Leiter _g. Es war angenommen, daß die S te !lungs änderung der Kippstufe K2 stattfand, als die Schwingung Al positiv war und die Kippstufe Kl in der Stellung 1 ein positives Potential des Leiters _g erhielt. Die Umschaltung der Wege invertiert dieses Signal, welches Null wird und die Kippstufe Kl in den Zustand O versetzt. Hierdurch gibt die Torschaltung Massepotential ab und die Torschaltung P5 liefert eine positive Spannung an den Leiter £. Die Kippstufe Kl verbleibt in der Stellung O.

Beim Eintreffen der ersten negativen Planke der Schwingung Al liefert die Torschaltung Pl eine positive Spannung und die Torschaltung P5 Massepotential, welches die Kippstufe Kl in die Stellung 1 übergehen läßt (Anfang des Phasenmeßsignales sp). Während der darauf folgenden negativen Planke der Schwingung Cl gibt die Torschaltung P2 eine positive Spannung ab, welche die Kippstufe Kl in die Stellung Null versetzt (Ende des Phasenmeßsignales sp). Die Einfügung einer Inversion zwischen den Leitungen b und £ gestattet es somit, daß das Phasenmeßsignal anstatt von den positiven Flanken von den negativen Planken abgeleitet werden kann. Die übrigen Anordnungen des Phasenmessers nach Fig.6 arbeiten in der gleichen Weise wie die der Figur J5.

Die Schaltung nach Pig.6 ist jedoch nicht ausreichend, Phasenmessungen in allen vorkommenden Fällen durchführen zu können. Wenn die Verzerrung die negativen Planken der Schwingung Cl

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weiter vorrückt als die zu messende Phasendifferenz sie ver- · zögert, so sind die von den negativen Flanken abgeleiteten Phasenmeßsignale etjd falsch, wie aus Pig.8 hervorgeht.

In Pig.8 ist die Schwingung Al dieselbe, wie in den vorhergehenden Beispielen und die Schwingung C2 derselben Art, wie in Fig.5> jedoch mit einer geringen Verzögerung 92 gegenüber der Schwingung Al. Die Verzerrung überschreitet immer die negativen Planken von der Dauer χ aber Θ2 ist kleiner als x. Es entsteht somit vor der zugehörigen Planke von Al eine negative Planke von C2, obwohl sie später erscheinen sollte, wie es für die positiven Planken der Fall ist. Fig.8 veranschaulicht auch die Signale sp_, die in diesem Fall in der Schaltung nach Fig. 6 während des ersten Meßintervalles K2 und des zweiten Meßintervalles K2 entstehen.

Die Signale, die von den positiven Flanken während des ersten Meßintervalles abgeleitet werden, sind richtig, während die an den negativen Flanken entstehenden Signale falsch sind. Sie sollten eine Länge von Θ2-Χ haben, aber in Wirklichkeit beträgt sie T + Θ2 -x· ^Das entspricht während der Hälfte des Meßintervalles einem Fehler von T (eine Periode der^zu messenden Schwingungen), was sich schließlich als einen Anzeigefehler von ~ = l8o° auswirkt.

Obige Ausführungen sind auch gültig, wenn die Richtung der Verzerrung umgekehrt wird und eine negative Flanke der Schwingung Cl,die normalerweise der zugehörigen negativen Flanke der Schwingung Al voreilen sollte, aufgrund der Verzerrung später eintrifft.

Die Erfindung sieht jedoch eine Anordnung vor, welche es gestattet, diesen Fehler festzustellen und zu korrigieren. Die Arbeitsweise dieser Anordnung wird nachstehend anhand der Figuren 9, und 11 beschrieben.

Die Anordnung nach Fig.9 enthält im wesentlichen zwei Eingangstorschaltungen P7 und P8, zwei Kippstufen K5 und Kk und eine Aus-

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gangstorschaltvmg P9. Außerdem enthält sie die Inverter Il und 12 der Anordnung nach Fig.6.

Die Torschaltung P7 (NAND-Schaltung) wird von der Schwingung Al und der von der Stufe 12 invertierten Schwingung C2 ("C2") gesteuert. Wenn zu einem beliebigen Augenblick der Messung die Schwingung Al positiv ist, während die Schwingung C2 den Wert Null hat, liefert die Torschaltung P7 der Kippstufe KJ5 Massepotential.

Die Kippstufe K3 besteht aus den beiden Torschaltungen (NAND-Schaltungen) Pll und P12. Vor jeder Messung ist das bereits erwähnte Signal _f Null und sperrt die Torschaltung Pll. Da die Torschaltung P7 auch gesperrt ist, und ein positives Signal liefert, gibt die Torschaltung Pll Massepotential ab, wexches auch die Torschaltung P12 sperrt. Die aus den Torschaltungen Pll und P12 bestehende Kippstufe befindet sich somit in der Stellung Null. Am Anfang der Messung wird das Signal f positiv. Wenn zu einem beliebigen Augenblick die Torschaltung P7 Massepotentiai abgibt, ist die Torschaltung Pll gesperrt una liefert ein positives Signal. Hierdurch tritt die Torschaltung P12 in Tätigkeit und liefert ein Massepotential, welches die Torschaltung Pll, auch wenn der Ausgang der Torschaltung P7 wieder positiv wird, sperrt. Die Kippstufe gelangt in die Stellung 1 und verbleibt dort, bis sie von dem Signal JT in die Stellung 0 zurückgestellt wird. Die Kippstufe P4 speichert jedoch die Übereinstimmung Al . C2\

Die Torschaltung P8 wird durch die Schwingung C2 und die invertierte Schwingung Al (Ä~I), welche der Inverter Il liefert, gesteuert/Diese Torschaltung betätigt eine Kippstufe Kk, die aus den Torschaltungen Plj3 und Pl4 besteht. Der Aufbau und die Arbeitsweise dieser drei Torschaltungen ist ähnlich wie bei den bereits beschriebenen Torschaltungen P7> PH und P12. Die Kippstufe K4 speichert ebenso die Übereinstimmung Al · C2.

Die Torschaltung P9 ist eine NAND-Schaltung, die durch die Kippstufe^ K3 und K4 und von einem Signal cor, welches am Ende der

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Messung auftritt, gesteuert wird. Die übrigen Bestandteile der Anordnung nach Fig.9 werden später beschrieben.

Die Kurven der Figur 10 veranschaulichen den Fall, bei dem die Verzerrung die positiven Halbwellen der Schwingung C2 derart verlängert, daß deren negative Flanke, die vor der zugehörigen negativen Flanke der Schwingung Al erscheinen sollte, später eintrifft und daß die positive Flanke der Schwingung C2, die nach der zugehörigen positiven Planke der Schwingung Al erscheinen sollte, vorher eintrifft. Es zeigt sich somit, daß in diesem Fall, während die Schwingung Al positiv ist, dies auch für die Schwingung C2 der Fall ist. Deshalb können niemals die Bedingungen Al und *C2 gleichzeitig auftreten. Somit verbleibt die Kippstufe K^ in der Stellung 0, die Massepotential an die Leitung j[ liefert, welches die Torschaltung P9 sperrt„

Die Kurven der Figur 11 veranschaulichen den Fall, bei dem die Verzerrung die positiven Halbwellen der Schwingung C2 derart verkürzt, daß deren negative Flanke, die nach der zugehörigen negativen Planke der Schwingung Al erscheinen sollte, vorher eintrifft und daß die positive Flanke der Schwingung C2j, die vor der positiven Flanke der zugehörigen Schwingung Al erscheinen sollte, später eintrifft. Es zeigt sich somit, daß in diesem Fall, wenn die Schwingung G2 positiv ist, dies auch für die Schwingung Al zutrifft. Deshalb können die Bedingungen Al und C2 niemals gleichzeitig auftreten. Somit kann die Torschaltung P8 nicht arbeiten, wodurch die Kippstufe K²I-in der Stellung 0 verbleibt und Massepotential an die Leitung h liefert, welches die Torschaltung P9 sperrt.

Somit bleibt in diesen beiden Fällen, bei denen die Verzerrung eine Verschiebung der negativen Flanken der Schwingung C2 verursacht, die zu einer Fehlmessung führen, die Torschaltung P9 gesperrt. Am Ende der Messung ist das Signal cor ohne Wirkung. Die Torschaltung P9 liefert an den Ausgang M ein positives Signal, welches anzeigt, daß das Meßergebnis für eine Halbperiode des M^ßiritervalles falsch ist. Dieses Signal kann dazu die-

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nen, eine Fehleranzeigelampe aufleuchten zu lassen oder eine Korrektur der Anzeige durchzuführen, indem vom Inhalt des Zählers Cp (Fig.l) z.B. l8o° abgezogen wird.

In allen anderen Fällen arbeiten die zwei Kippstufen KJ und Κ4 und liefern der Torschaltung P9 positive Signale. Am Schluß der Messung wird das Signal cor geliefert, sodaß die Torschaltung P9 arbeitet und das Massepotential an die Leitung M liefert, welches anzeigt, daß die Messung richtig ist.

Der Kondensator _cdl befindet sich zwischen Masse und dem Ausgang der Torschaltung Pll. Dieser Kondensator ist nicht geladen, wenn sich die Kippstufe K3 in der Stellung 0 befindet. Treten die Bedingungen Al und C2 gleichzeitig auf, so arbeitet die Torschaltung P7 und sperrt die Torschaltung Pll. Diese versucht ein positives Signal zu liefern, welches die Kippstufe betätigt. Jedoch muß dieses positive Signal zuerst den Kondensator jidl aufladen und das ist nur möglich, nachdem die Torschaltung P12 arbeiten und die Kippstufe Kj) die Stellung ändern konnte. Da die Dauer der Übereinstimmung der Bedingungen Al · "C2 kurz ist, hat der Kondensator _cdl nicht genügend Zeit, sich aufzuladen.

Weil die Torschaltung P12 nicht gearbeitet hat, stellt die Torschaltung P7.» während sie gesperrt wird, die Funktion der Torschaltung Pll wieder her. Die Kippstufe KJ bleibt somit in der Stexlung 0. Der Kondensator macht also die Kippstufe KjJ gegenüber den Übereinstimmungen Al · C2, die von kurzer Dauer sind, unempfindlich. Der Kondensator j3d2 spielt in bezug auf die Übereinstimmungen Xl · C2 dieselbe Rolle.

Die Kondensatoren gestatten es, eine Messung· als falsch zu erkennen, wenn die Dauer der Übereinstimmungen Al · "C2" oder ÄT · C2 kurz sind, d.h., wenn die positiven oder negativen Fronten der zu messenden Schwingungen benachbart sind. Es ist jedoch schwierig, mit Sicherheit die Laufzeiten der Signale und die Schaltgeschwindigkeiten der Stufen zu bestimmen. Deshalb muß der Fall betrachtet werden, in dem z.B. die negativen Fronten der zwei

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Schwingungen sehr dicht beieinanderliegen und bei dem, abgesehen von der wirklichen Reihenfolge, der Phasenmesser nach Pig.6 die Reihenfolge C2 - Al feststellt und eine falsche Anzeige macht, während die Anordnung nach Fig.9 diese in der Reihenfolge Al - C2 erhält (Übereinstimmung ÄT · C2), was einer richtigen Anzeige entspricht. Somit wird ohne die Möglichkeit für eine Korrektur eine falsche Anzeige gemacht. Bevor man nicht die genauen Laufzeiten und die Schaltgeschwindigkeit der Stufen kennt, sollte jede Anzeige, die von benachbarten positiven oder negativen Planken abgeleitet ist, als zweifelhaft betrachtet werden. Da die Kondensatoren _cdl und cd2 die kurzen Übereinstimmungen ÄT · C2 (oder Al · C2) nicht aufnehmen können, bewirken sie, daß auch im Zweifelsfall eine Messung als falsch gemeldet wird.

Ein Zweifei besteht jedoch nur, wenn die Phasendifferenz zwischen den beiden Schwingungen gering ist und in der Größenordnung weniger Grade liegt. Deshalb liegt die Fehlmessung in der Größenordnung von l8o und es ist umgekehrt nicht möglich, daß eine Messung, die nicht bei l8o° liegt, falsch ist. Die richtige Kennzeichnung einer Messung als richtig oder falsch bewirkt die Torschaltung PlO in der Anordnung nach Fig.9. Diese Torschaltung wird von dem Signal cor am Ende der Messung und von einem Signal eic des Registers Reg der Anzeigeeinrichtung AF gesteuert. Das Signal eic des Registers Reg tritt auf, wenn die Hundertziffer der in Grad anzugebenden Anzeige sich von 1 ■unterscheidet. Ein Meßfenler ist demnach nicht möglich. Die Torschaltung 10 arbeitet immer am Ende der Messung, weixn sich die Hunderterziffer der anzuzeigenden Information von 1 unterscheidet. Sie liefert ein Massepotential, welches gegebenenfalls ein positives Signal der Torschaltung P9 kurzschließt, wodurch eine unerwünschte Korrektur vermieden wird.

5 Patentansprüche 5 B¹ ichng. mit 11 Figuren

ORIGINAL !NSPECTED

Claims (1)

1. Patentansprüche

   (IJ Digitaler Phasenmesser mit einer Anordnung, die aus den zu vergleichenden Schwingungen gleicher Frequenz Impulse ableitet, deren Dauer ein Maß für die bestehende Phasendifferenz ist, dadurch gekennzeichnet, daß ein Generator (Gl) zur Erzeugung von Zählimpulsen (se), ein Generator (G2) zur Erzeugung eines Meßsteuers ignales (sm), dessen Dauer ein Vielfaches der Dauer der Zählimpulse (se) beträgt, eine Vergleichsschaltung (CC), welche bei jeder Periode der zu vergleichenden Schwingungen ein Phasenmeßsignal (sp) liefert, eine Koinzidenzschaltung (P^) die bei gleichzeitigem Eintreffen der Zählimpulse (se), des MeßSteuersignales (sm) und des Phasenmeßsignales (sp) Impulse (s) abgibt und eine Anzeigevorrichtung (AP) vorgesehen ist, welche die Impulse (S) zählt und für eine Ziffernanzeige auswertet.

   2. Digitaler Phasenmesser nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Vergleichsschaltung (CC) im wesentlichen zwei Torschaltungen (Pl, P2) und eine bistabile Kippschaltung (Kl) enthält, daß die eine Torschaltung (Pl) von einer der Eingangsschwxngungen und einem der Ausgänge der Kippstufe (Kl) und die andere Torschaltung (P2) von der anderen Eingangsschwingung und dem anderen Ausgang der Kippstufe (Kl) gesteuert wird und dais die Ausgänge der Torschaltungen (Pl, P2) die Stellung der Kippstufe (Kl) bestimmen.

   ■*·, Digitaler Phasenmesser nach den Ansprüchen 1 und 2, d adurch gekennzeichnet, daß die Eingänge der Vergleichsschaltung (CC) Begrenzerverstärker (AEa, AEb) enthalten, welche die Eingangsschwingungen in Rechteckwellen umformen.

   - 18 ORIGINAL INSPECTED

   00 9838/1216

   4. Digitaler Phasenmesser nach den Ansprüchen 1 bis j5> dadurch gekennzeichnet, daß zwischen den Torschaltungen (Pl, P2) und der Kippstufe (Kl) der Vergleichs schaltung (CC) zwex parallele Wege vorgesehen sind, von denen der erste einen Inverter (13) und eine Umschalttorschaltung (P4) und der zweite nur eine Umschalttorschaltung (P5) enthält und daß Schaltmittel <I1,I2,P15,P6,K2,cd^) vorgesehen sind, die während einer Hälfte des Meßintervalles die Ableitung des Phasenmeßsignales (sp) iron den positiven Planken der Eingangs schwingungen und während der anderen Hälfte des'Meßintervalles die Ableitung des Phasenmeßsignales (sp) von den negativen Planken der Eingangsschwingungen bewirken.

   5» Digitaler Phasenmesser nach den Ansprüchen 1 bis 4, d adurch gekennzeichnet, daß eine Korrekturschaltung (Pig.l) vorgesehen ist, die eine erste Koinzidenzstufe (P?) enthält, die von den Eingangsschwingungen gesteuert wird und ein Signal abgibt, wenn die eine Schwingung positiv und die andere negativ ist, daß eine erste Kippstufe (KjS) vorgesehen ist, die sich in der Stellung 0 befindet und von der ersten Koinzidenzstufe (P7) in die Stellung gebracht wird, daß eine zweite, von den Eingangsschwingungen gesteuerte Koinzidenzstufe (P8) vorgesehen ist, die ein Signal abgibt, wenn die eine Schwingung negativ und die andere positiv ist, welches eine zweite Kippstufe (K²J-), die sich in der Stellung 0 befindet, in die Stellung 1 bringt und daß eine dritte Koinzidenzschaltung (P9) von den beiden Kippstufen und von einem Signal (cor) derart gesteuert wird, daß am Ende eines Meßintervalles ein Korrektursignal (M) abgegeben wird, wenn beide Kippstufen die Stellung 1 haben und daß das Korrektursignal (M) nicht erscheint, wenn die eine oder die andere Kippstufe in der Stellung 0 verbleibt.

   ZEW/P (H) ple-krä. ORIGINAL INSPtCTED

   12. März I969

   009838/1216