DE2009833C3

DE2009833C3 - Method and circuit arrangement for frequency measurement

Info

Publication number: DE2009833C3
Application number: DE19702009833
Authority: DE
Inventors: Anmelder Gleich
Original assignee: Matejka, Edgar, Dipl.-Ing., 7700 Singen
Filing date: 1970-03-03
Publication date: 1977-01-27

Description

die zu bestimmende Frequenz ermittelt wird, eine konstante «lektrische Größe K über die Zeitdauer von einer oder einem konstanten Vielfachen einer Periodendauer der zu messenden Frequenz integriert wird und wobei in einem zweiten Schritt das gespeicherte Ergebnis der ersten Integration zur Erzeugung eines durch eine zweite Integration gewonnenen Signals benutzt wird, dessen Steilheil proportional zur Periodendauer T_P ist, und die zu der Iu bestimmenden Frequenz proportionale Zeit, die das Signal zum Durchlaufen einer bestimmten Spannungsdifferenz benötigt, gemessen wird, dadurch gekennzeichnet, daß die das Ergebnis der ersten Integration darstellende elektrische Größe bei der zweiten Integration unmittelbar mit Hilfe des gleichen Integrators integriert wird und daß das so entstandene Signal mit vorbestimmten, »us der konstanten elektrischen Größe abgeleiteten und die genannte Spannungsdifferenz markierenden Schwellenwerten verglichen und aus dem Vergleich das in seiner Dauer der unbekannten Frequenz proportionale Zeitsignal gewonnen wird.the frequency to be determined is determined, a constant electrical quantity K is integrated over the period of one or a constant multiple of a period of the frequency to be measured and in a second step the stored result of the first integration is used to generate a result obtained by a second integration Signal is used, the steepness of which is proportional to the period T _P , and the time proportional to the Iu determining frequency, which the signal needs to pass through a certain voltage difference, is measured, characterized in that the electrical variable representing the result of the first integration at of the second integration is integrated directly with the aid of the same integrator and that the resulting signal is compared with predetermined threshold values derived from the constant electrical quantity and the said voltage difference marking, and from the comparison the duration of the unknown annten frequency proportional time signal is obtained.

2. Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine konstante Spannung (U) an einem Eingang (E) über einen ersten Schalter (10), der bei Beginn einer Messung während einer Periodendauer oder deren konstantes Vielfaches der zu messenden Frequenz geschlossen ist, an einem Eingang eines invertierenden Integrators (11) liegt, dessen Ausgang über einen zweiten Schalter (12), der am Ende der Periodendauermessung öffnet und wieder schließt, wenn der gesamte Meßvorgang beendet ist, mit einem Speicherkondensator (13) verbunden ist, der mit seinem Ausgang über einen dritten Schalter (15), der normalerweise geschlossen ist und nur während der Periodendauermessung geöffnet ist, wieder auf den Eingang des Integrators (11) geführt ist, daß der Ausgang des Integrators (11) ferner mit einem Eingang eines !«Comparators (16) verbunden ist, der nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn sein Eingangssignal größer als ein an einem zweiten Eingang (£1) des !Comparators (16) anliegender unterer Spannungsscnwellwert (t/i) und kleiner als ein an einem dritten Eingang (£2) des Komparators (16) anliegender oberer Spannungsschwellwert (Ui) ist, wobei die Spannungsdifferenz der beiden Schwellwerte konstant ist.2. Circuit arrangement for carrying out the method according to claim 1, characterized in that a constant voltage (U) at an input (E) via a first switch (10) which at the beginning of a measurement during a period or its constant multiple of that to be measured Frequency is closed, is at an input of an inverting integrator (11), the output of which is connected to a storage capacitor (13) via a second switch (12) which opens at the end of the period measurement and closes again when the entire measuring process has ended , which with its output via a third switch (15), which is normally closed and is only open during the period measurement, is led back to the input of the integrator (11) that the output of the integrator (11) also with an input of a ! «Comparator (16) is connected, which only supplies an output signal if its input signal is greater than a value at a second input (£ 1) de The lower voltage threshold value (t / i) applied to the comparators (16) and smaller than an upper voltage threshold value (Ui) applied to a third input (£ 2) of the comparator (16), the voltage difference between the two threshold values being constant.

3. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der eine der zweiten oder dritten Eingänge (£1, £2) des Komparators (16) für die Spannungsschwellwerte (i/i) auf Nullpotential liegt, während der andere der Eingänge (£1, £2) direkt oder über ein lineares Übertragungsglied an der konstanten Spannung (U)liegt.3. Circuit arrangement according to claim 2, characterized in that one of the second or third inputs (£ 1, £ 2) of the comparator (16) for the voltage threshold values (i / i) is at zero potential, while the other of the inputs (£ 1 , £ 2) is connected to the constant voltage (U) directly or via a linear transfer element.

4. Schaltungsanordnung nach Anspruch 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Ausgang des Komparators (16) mit einem Eingang eines Gatters (17) verbunden ist, welches zu Beginn eines Meßvorgangs öffnet und erst dann wieder schließt, wenn die Integratorausgangsspannung (Uo) den oberen Schwellwert (Lfc) des Komparators (16) erreicht, daß die zeitliche Länge des am Ausgang des Gatters (17) auftretenden Impulses von einer geeigneten und entsprechend geeichten Anzeigevorrichtung dargestellt wird und daß die Steuerung der Schalter (10, 12, 15) mit Signalen (S10, S12, Sis) von einer Steuereinheit (18) erfolgt, der als Eingangssignale ein die Messung einleitender Impuls (S), das Signal unbekannter Frequenz (f) und das Komparatorausgangssignal (Sie) zugeführt ist4. Circuit arrangement according to claim 2 or 3, characterized in that the output of the comparator (16) is connected to an input of a gate (17) which opens at the beginning of a measuring process and only closes again when the integrator output voltage (Uo) the upper threshold value (Lfc) of the comparator (16) achieved that the length of time of the pulse occurring at the output of the gate (17) is displayed by a suitable and appropriately calibrated display device and that the control of the switches (10, 12, 15) with signals (S10, S12, Sis) is carried out by a control unit (18) to which the measurement-initiating pulse (S), the signal of unknown frequency (f) and the comparator output signal (Sie) are fed as input signals

5. Schaltungsanordnung nach einem oder mehreren der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zwischen dem Ausgang des Integrators (11) sowie dem Hochpunkt des Speicherkondensators (13) einerseits und dem dritten Schalter (15) andererseits ein Impedanzwandler (14) liegt.5. Circuit arrangement according to one or more of claims 2 to 4, characterized in that that between the output of the integrator (11) and the high point of the storage capacitor (13) on the one hand and the third switch (15) on the other hand is an impedance converter (14).

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Frequenzmessung bei welchem eine Periodendauer Tp der zu bestimmenden Frequenz gemessen und anschließend durch Lösen der GleichungThe invention relates to a method for frequency measurement in which a period Tp of the frequency to be determined is measured and then by solving the equation

T_n T _n

die zu bestimmende Frequenz ermittelt wird, eine konstante elektrische Größe K über die Zeitdauer von einer oder einem konstanten Vielfachen einer Periodendauer der zu messenden Frequenz integriert wird und wobei in einem zweiten Schritt das gespeicherte Ergebnis der ersten Integration zur Erzeugung eines durch eine zweite Integration gewonnenen Signals benutzt wird, dessen Steilheit proportional zur Periodendauer Tp ist, und die zu der zu bestimmenden Frequenz proportionale Zeit, die das Signal zum Durchlaufen einer bestimmten Spannungsdifferenz benötigt, gemessen wird sowie eine Schaltungsanordnung, zur Durchführung dieses Verfahrens.the frequency to be determined is determined, a constant electrical variable K is integrated over the period of one or a constant multiple of a period duration of the frequency to be measured and in a second step the stored result of the first integration to generate a signal obtained by a second integration is used, the steepness of which is proportional to the period Tp , and the time proportional to the frequency to be determined, which the signal needs to pass through a certain voltage difference, is measured and a circuit arrangement for performing this method.

Es sind bereits verschiedene Frequenzmeßverfahren bekannt. Ein bekanntes Verfahren arbeitet nach dem Prinzip, daß die innerhalb einer bekannten Referenzzeit (Meßzeit) auftretende Zahl der Schwingungen der zu bestimmenden Frequenz gezählt und das Zählergebnis dargestellt wird. Bei diesem Meßprinzip ist die Genauigkeit der Messung proportional dem Produkt aus Frequenz und Meßzeit. Dieses Meßprinzip ist nicht geeignet zur genauen Messung von tiefen Frequenzen da hierbei die erforderlichen Meßzeiten sehr groß sein müssen. Um diese Nachteile zu vermeiden, wurde bereits ein Frequenzmeßverfahren entwickelt, bei welchem eine Periodendauer Tp der zu bestimmender Frequenz gemessen und anschließend durch Lösen dei GleichungVarious frequency measurement methods are already known. A known method works on the principle that the number of oscillations of the frequency to be determined occurring within a known reference time (measuring time) is counted and the counting result is displayed. With this measuring principle, the accuracy of the measurement is proportional to the product of frequency and measuring time. This measuring principle is not suitable for the precise measurement of low frequencies because the required measuring times must be very long. In order to avoid these disadvantages, a frequency measuring method has already been developed in which a period Tp of the frequency to be determined is measured and then by solving the equation

I 7„I. 7 "

die unbekannte Frequenz ermittelt wird. Die Meßzei beträgt bei diesem Verfahren im allgemeinen eini Periodendauer.the unknown frequency is determined. In this method, the measuring time is generally one Period duration.

Zur Lösung der obengenannten Gleichung wird eil digitales Rechenverfahren verwendet. Dieses ist sehA digital calculation method is used to solve the above equation. This is very

aufwendig und teuer.complex and expensive.

Aus der Zeitschrift »Electronic Engir eering«, Jan. 1970, S. 44 bis 48, ist bereits ein Verfahren der eingangs genannten Art bekannt Dieses Verfahren ist relativ ungenau und nur dann anwendbar, wenn hinsichtlich der Genauigkeit keine hohen Anforderungen gestellt werden. Dies ergibt sich schon aus der Tatsache, daß die wesentlichsion Fehlerquellen, nämlich die temperaturabhängigen und nichtlinearen Basis-Emitter-Strecken kompensiert werden müssen, was mit Hilfe von Dioden selbstverständlich nicht vollkommen erreicht werden kann. Darüber hinaus entstehen auch Fehler auf Grund der nichtlinearen und temperaturabhängigen Stromverstärkung, wobei diese Fehlerquellen bei dem bekannten Ve^rfahren nur äußerst schwer kompensierbar sind.A method of the type mentioned at the beginning is already known from the journal "Electronic Engineering", Jan. 1970, pp. 44 to 48. This method is relatively imprecise and can only be used if there are no high requirements in terms of accuracy. This already results from the fact that the essential sources of error, namely the temperature-dependent and non-linear base-emitter paths, have to be compensated, which of course cannot be fully achieved with the aid of diodes. In addition, errors due to the non-linear and temperature dependent current gain arise, these sources of error in the known Ve drive ^r extremely difficult to be compensated are.

Der Erfindung liegt demgegenüber die Aufgabe zugrunde, die Genauigkeit des bekannten Verfahrens wesentlich zu verbessern, wozu möglichst einfache Verfahrensschritte dienen sollen. Das Verfahren soll mit Mitteln der modernen Analogrechentechnik durchgeführt werden können, wobei die auftretenden Fehler nur sehr gering, leicht überschaubar und sehr einfach kompensierbar sein sollen.The invention is on the other hand, the task based on significantly improving the accuracy of the known method, including the simplest possible Process steps are intended to serve. The procedure is to be carried out with the means of modern analog computing technology The errors that occur are very small, easily manageable and very simple should be compensable.

Diese Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß die das Ergebnis der ersten Integration darstellende elektrische Größe bei der zweiten Integration unmittelbar mit Hilfe des gleichen Integrators integriert wird und daß das so entstandene Signal mit vorbestimmten, aus der konstanten elektrischen Größe abgeleiteten und die genannte Spannungsdifferenz markierenden Schwellenwerten verglichen und aus dem Vergleich das in seiner Dauer der unbekannten Frequenz proportionale Zeitsignal gewonnen wird.This object is achieved according to the invention in that the representing the result of the first integration electrical quantity is integrated directly with the aid of the same integrator during the second integration and that the resulting signal with predetermined, derived from the constant electrical quantity and the threshold values marking the said voltage difference are compared and, from the comparison, the Time signal proportional to the duration of the unknown frequency is obtained.

Das Ergebnis der ersten Integration wird also keineswegs wie bei dem zuletzt geschilderten bekannten Verfahren zur Beeinflussung einer Integrationszeitkonstanten und damit zur Weiterbenutzung auf Umwegen benutzt, sondern es erfolgt eine direkte Integration dieses Ergebnisses mit Hilfe des gleichen Integrators. Dadurch wird das Verfahren wesentlich vereinfacht, setzt nur entsprechend vereinfachte Schaltungsmaßnahmen voraus und ist leichter überschaubar. Dieses unmittelbar integrierte Ergebnis der ersten Integration führi zu einem bewußt erzeugten Signal, wobei dieses gewollte Signal einer gesonderten, einstellbaren und konstanten Spannungsdifferenz entspricht. Diese Spannungsdifferenz kann beliebig groß oder klein gewählt werden. Dadurch entsteht eine nicht zu übertreffende Genauigkeit des Verfahrens bei größtmöglicher Einfachheit der notwendigen Verfahrensschritte bzw. Schaltungsmaßnahmen. Durch die Konstanz der Spannungsdifferenz wird die auszuwertende Zeit bzw. die Meßfrequenz unabhängig von der zu integrierenden konstanten Größe K. Die völlige Unabhängigkeit des Ergebnisses von der konstanten Größe K führt dazu, daß in der Praxis ohne weiteres eine Genauigkeit in der Größenordnung von 10 ⁴ erzielt wird, was eine Fehlerverbesserung um den Faktor 100 gegenüber dem zuletzt geschilderten bekannten Verfahren bedeutet.The result of the first integration is by no means used, as in the known method described last, to influence an integration time constant and thus for further use in a roundabout way, but this result is directly integrated with the aid of the same integrator. This considerably simplifies the method, only requires correspondingly simplified circuit measures and is easier to understand. This directly integrated result of the first integration leads to a consciously generated signal, this desired signal corresponding to a separate, adjustable and constant voltage difference. This voltage difference can be selected as large or small as desired. This results in an unsurpassable accuracy of the method with the greatest possible simplicity of the necessary method steps or circuit measures. Due to the constancy of the voltage difference, the time to be evaluated or the measuring frequency is independent of the constant variable K to be integrated. The complete independence of the result from the constant variable K means that in practice an accuracy of the order of 10 ^{4 is} readily achieved becomes, which means an error improvement by a factor of 100 compared to the known method described last.

Infolge der Verwendung des gleichen Integrators für beide Integrationsvorgänge ist das Ergebnis nur von einer konstanten und unbeeinflußten Integrafionszeitkonstanten abhängig, wobei eine Bestimmung dieser Konstanten entsprechend einfach ist. Bei verschiedenen Integratoren für die erste und zweite Integration würden beide Integrationszeitkonstanten in das Ergeb-Ferner wird durch die Erfindung eine Schaltungsanordnung zur Durchführung des Verfahrens nach Anspruch 1 vorgeschlagen, welche sich dadurch auszeichnet, daß eine konstante Spannung an einem Eingang über einen ersten Schalter, der bei Beginn einer Messung während einer Periodendauer oder einem konstanten Vielfachen der Periodendauer der zu messenden Frequenz geschlossen ist, an einem Eingang eines invertierenden Integrators liegt, dessen AusgangAs a result of using the same integrator for both integration processes, the result is only of a constant and unaffected integration time constant, with a determination of this Constants is correspondingly simple. With different integrators for the first and second integration Both integration time constants would be included in the result. The invention also provides a circuit arrangement proposed for performing the method according to claim 1, which is thereby is characterized by the fact that a constant voltage at an input via a first switch, which is activated at the beginning of a Measurement during a period or a constant multiple of the period of the to measuring frequency is closed, is connected to an input of an inverting integrator, the output of which

ίο über einen zweiten Schalter, der am Ende der Periodendauermessung öffnet und wieder schließt, wenn der gesamte Meßvorgang beendet ist, mit einem Speicherkondensator verbunden ist, der mit seinem Ausgang über einen dritten Schalter, der normalerweiseίο via a second switch that is at the end of the Period duration measurement opens and closes again when the entire measuring process is finished with one Storage capacitor is connected to its output via a third switch, which is normally

'5 geschlossen ist und nur während der Periodendauermessung geöffnet ist, wieder auf den Eingang des Integrators geführt ist, daß der Ausgang des Integrators ferner mit einem Eingang eines !Comparators verbunden ist, der nur dann ein Ausgangssignal liefert, wenn sein Eingangssignal größer als ein an einem zweiten Eingang des Komparators anliegender unterer Spannungsschwellwert und kleiner als ein an einem dritten Eingang des Komparators anliegender oberer Spannungsschwellwert ist, wobei die Spannungsdifferenz der beiden Schwellwerte konstant ist.'5 is closed and only during the period measurement is open, is again led to the input of the integrator that the output of the integrator is also connected to an input of a comparator, which only supplies an output signal when its input signal is greater than a lower voltage threshold value applied to a second input of the comparator and less than an upper voltage threshold value applied to a third input of the comparator where the voltage difference between the two threshold values is constant.

Weitere vorteilhafte Ausgestaltungen der ErfindungFurther advantageous embodiments of the invention

gehen aus der nachfolgenden Beschreibung eines Ausführungsbeispiels sowie aus den Ansprüchen hervor.emerge from the following description of an exemplary embodiment and from the claims.

Die Erfindung wird an Hand eines Ausführungsbeispiels in den Zeichnungen näher beschrieben.The invention is described in more detail using an exemplary embodiment in the drawings.

F i g. 1 stellt das Blockschaltbild einer Anordnung gemäß der Erfindung dar;F i g. 1 shows the block diagram of an arrangement according to the invention;

F i g. 2 zeigt den zeitlichen Ablauf eines Meßvorganges; F i g. 2 shows the timing of a measuring process;

F i g. 3 ist ein Teil des Blockschaltbildes, welches Einzelheitender Fig. 1 darstellt.F i g. 3 is a portion of the block diagram showing details of FIG.

F i g. 1 stellt das Blockschaltbild eines Ausführungsbeispieles des erfindungsgemäßen Verfahrens dar. Eine Eingangsklemme £, an welcher die Spannung U anliegt, ist über einen Schalter 10 mit dem Eingang eines Integrators 11, vorzugsweise einem integrierenden Operationsverstärker, verbunden. Der Ausgang des Integrators ist seinerseits wiederum über einen Schalter 12 mit dem freien Ende eines geerdeten Kondensators 13 und dem hcchohmigen Eingang eines Impedanzwandlers 14 verbunden. Der niederohmige Ausgang des Impedanzwandlers 14 führt über einen Schalter 15 wieder auf den Eingang des Integrators 11. Über eine weitere Leitung ist der Ausgang des Integrators 11 mit dem Eingang eines Spannungskomparators 16 verbunden. Der Spannungskomparator 16 ist mit zwei weiterer Eingängen Ei und £2 versehen, die mit den Vergleichs· Schwellenspannungen U\ und Lh beaufschlagt sind. Die Differenz Lh — ö\ der Vergleiohs-Schwellenspannunger wird vorzugsweise von der an Klemme E anliegender Spannung LJ hergeleitet in der Weise, daß LJi-U proportional zu L/ist.F i g. 1 shows the block diagram of an embodiment of the method according to the invention. An input terminal £, to which the voltage U is applied, is connected via a switch 10 to the input of an integrator 11, preferably an integrating operational amplifier. The output of the integrator is in turn connected via a switch 12 to the free end of a grounded capacitor 13 and the high-resistance input of an impedance converter 14. The low-resistance output of the impedance converter 14 leads back to the input of the integrator 11 via a switch 15. The output of the integrator 11 is connected to the input of a voltage comparator 16 via a further line. The voltage comparator 16 is provided with two further inputs Ei and £ 2 to which the comparison threshold voltages U \ and Lh are applied. The difference Lh - ö \ of the comparison threshold voltages is preferably derived from the voltage LJ applied to terminal E in such a way that LJi-U is proportional to L /.

Dies erreicht man im einfachsten Fall dadurch, daC die Eingangsklemme Ei des Komparators 16 au Nullpotential gelegt wird und die Eingangsklemme E direkt oder über ein lineares Übertragungsglied von dei Spannung LJ gespeist wird. In seiner Funktion ist dei Komparator 16 so ausgelegt, daß er nur dann eit Ausgangssignal Sie abgibt, wenn die Komparatorein gangsspannung Lh der nachfolgenden Bedingung ge nügt:In the simplest case, this is achieved by placing the input terminal Ei of the comparator 16 at zero potential and feeding the input terminal E directly or via a linear transfer element from the voltage LJ . In terms of its function, the comparator 16 is designed in such a way that it only emits the output signal Sie if the comparator input voltage Lh satisfies the following condition:

Der Ausgang des !Comparators 16 führt auf einen Eingang eines Und-Gatters 17. Der Ausgang des Und-Gatters 17 ist mit der Ausgangsklemme A verbunden. Die zeitliche Steuerung eines Meßvorganges erfolgt durch eine dafür vorgesehene Steuereinheit 18. Die Steuereinheit 18 ist mit zwei Eingangsklemmen Ea und Es versehen. Die Eingangsklemme Ea ist hierbei mit der zu messenden Frequenz /"beaufschlagt, während über die Eingangsklemme Es zu einem gewünschten Zeitpunkt von einem Startsignal 5 ein Meßvorgang ausgelöst werden kann. Steuerleitungen verbinden die Zeitsteuereinheit 18 mit den zu steuernden Schaltern 10, 12 und 15, mit einem zweiten Eingang des Und-Gatters 17 sowie mit dem Ausgang des Komparators 16.The output of the comparator 16 leads to an input of an AND gate 17. The output of the AND gate 17 is connected to the output terminal A. The timing of a measuring process is carried out by a control unit 18 provided for this purpose. The control unit 18 is provided with two input terminals Ea and Es . The input terminal Ea is in this case supplied with the frequency to be measured / "while via the input terminal may be triggered at a desired time from a start signal 5, a measurement process. Control lines connect the timing control unit 18 to be controlled switches 10, 12 and 15, with a second input of the AND gate 17 and to the output of the comparator 16.

Die Funktion der in F i g. 1 dargestellten Anordnung wird an Hand von F i g. 2 erläutert. In F i g. 2 ist der zeitliche Verlauf von Spannungen und Steuersignalen während eines Meßvorganges dargestellt. In Kurve 1 von F i g. 2 ist das Startsignal S, welches einen Meßvorgang auslöst, dargestellt. Kurve 2 zeigt die zu messende Frequenz f. In den Kurven 3,4 und 5 sind die Steuersignale Sio, S12 und Sis dargestellt. Diese Signale steuern die Schalter 10,12 und 15 und sind identisch mit den Schließzeiten der Schalter. Kurve 6 zeigt die Ausgangsspannung des Integrators 11. Das Ausgangssignal Sa der Anordnung an der Ausgangsklemme A ist in Kurve 7 und das Steuersignal Si 7 schließlich, das den zweiten Eingang des Und-Gatters 17 steuert, ist in Kurve 8 dargestellt.The function of the in F i g. The arrangement shown in FIG. 2 explained. In Fig. 2 shows the time course of voltages and control signals during a measuring process. In curve 1 of FIG. 2, the start signal S, which triggers a measuring process, is shown. Curve 2 shows the frequency to be measured f. In curves 3, 4 and 5, the control signals Sio, S12 and Sis are shown. These signals control the switches 10, 12 and 15 and are identical to the closing times of the switches. Curve 6 shows the output voltage of the integrator 11. The output signal Sa of the arrangement at the output terminal A is shown in curve 7 and the control signal Si 7, which controls the second input of the AND gate 17, is shown in curve 8.

Aus den Kurven 3, 4 und 5 ist ersichtlich, daß vor Beginn eines Meßvorganges zum Zeitpunkt to der Schalter 10 geöffnet und die Schalter 12 und 15 geschlossen sind. Diese Schalterstellung ist in F i g. 1 dargestellt. Dabei ist der Signalkreis, gebildet aus dem Integrator 11, dem Schalter 12, dem Kondensator 13, dem Impedanzwandler 14 und dem Schalter 15 geschlossen. Innerhalb dieses Kreises besitzt nur der Integrator 11 eine negative Übertragungsfunktion. Der Impedanzwandler weist einen positiven Übertragungsfaktor, vorzugsweise + 1, auf. Das bedeutet jedoch, daß die Spannung im Signalkreis in dieser Schaltstellung auf Null abgeglichen wird. Dadurch ist gewährleistet, daß jeder Meßvorgang mit den gleichen Anfangsbedingungen beginntFrom the curves 3, 4 and 5 it can be seen that before the start of a measuring process at time to, the switch 10 is open and the switches 12 and 15 are closed. This switch position is shown in FIG. 1 shown. The signal circuit formed from the integrator 11, the switch 12, the capacitor 13, the impedance converter 14 and the switch 15 is closed. Within this circle, only the integrator 11 has a negative transfer function. The impedance converter has a positive transfer factor, preferably +1. However, this means that the voltage in the signal circuit is adjusted to zero in this switch position. This ensures that every measurement process begins with the same initial conditions

Zum Zeitpunkt to wird ein Meßvorgang durch den Startimpuls 5 gestartet. Dieser Startimpuls kann, wenn zyklische Messungen durchgeführt werden sollen, von einem Impulsgenerator geliefert werden. Der Startimpuls S bereitet die Steuereinheit 18 für die Messung einer Periodendauer der Frequenz f, abgebildet in F i g. 2 Kurve 2, vor. Die Periodendauer beginnt z. B. zum Zeitpunkt π und endet zum Zeitpunkt £2. Zum Zeitpunkt ή wird von der Steuereinheit 18 der Schalter 10 geschlossen und der Schalter 15 geöffnetAt the point in time to , a measuring process is started by the start pulse 5. If cyclic measurements are to be carried out, this start pulse can be supplied by a pulse generator. The start pulse S prepares the control unit 18 for the measurement of a period of the frequency f, shown in FIG. 2 curve 2, in front. The period begins z. B. at time π and ends at time £ 2. At time ή, the control unit 18 closes the switch 10 and opens the switch 15

Der Schalter 10 verbindet den Eingang des Integrators 11 mit der zeitlich konstanten Spannung U. Dadurch steigt die Integratorausgangssparinung Lk zur Emgangsspannung U entgegengesetzt und über der Zeit linear an. Zum Zeitpunkt ö wird der Schalter 10 geöffnet Damit ist der erste Meßschritt beendet Die Integratorausgangsspannung Lh ist dann:The switch 10 connects the input of the integrator 11 to the voltage U , which is constant over time. As a result, the integrator output saving Lk increases in the opposite direction to the input voltage U and increases linearly over time. The switch 10 is opened at the point in time ö. This ends the first measuring step. The integrator output voltage Lh is then:

Hierbei stellt Γι die Integrationszeitkonstante und η-t\ die Periodenzeit Tp dar. Gleichung (3) läßt sich somit umschreiben.Here Γι represents the integration time constant and η-t \ the period time Tp . Equation (3) can thus be rewritten.

-/1 - / 1

U .U

Gleichung (4) zeigt, daß die Integratorausgangsspannung Lk) proportional ist zur Periodenzeit Tp. Equation (4) shows that the integrator output voltage Lk) is proportional to the period time Tp.

Der zweite Meßschritt beginnt zum Zeitpunkt Ti. Die konstante Zeitdifferenz ß-fc ist vorgesehen, um eventuell vorhandene Einschwingvorgänge abklingen zu lassen. Die Zeitdifferenz kann aber auch Null betragen, d. h., die Zeitpunkte ft und fc stimmen dann überein.The second measuring step begins at time Ti. The constant time difference β-fc is provided in order to allow any transient processes that may be present to subside. However, the time difference can also be zero, ie the times ft and fc then coincide.

Zum Zeitpunkt η besitzt die Ausgangsspannung Uu des Integrators 11 den Wert Lh). Der Kondensator 13 ist auf den gleichen Spannungswert aufgeladen. Zum Zeitpunkt G wird von der Steuereinheit 18 der Schalter 12 geöffnet und der Schalter 15 geschlossen. Am Eingang des Integrators 11 erscheint nun über den Schalter 15, den Impedanzwandler 14 die Kondensalorspannung Lh\ des Kondensators 13, die für den in Frage kommenden Zeitraum des zweiten Meßschrittes als konstant angesehen werden kann. Infolge dieser Eingangsspannung steigt die Integratorausgangsspannung Lh zur Eingangsspannung Lh\ entgegengesetzt und über der Zeit linear an. Zum Zeitpunkt f4 ist die Integratorausgangsspannung Lh so groß wie die (Vergleichs-Schwellenspannung U\ des Komparators 16. Der Komparator 16 schaltet und erzeugt dadurch an seinem Ausgang das Ausgangssignal S16. Dieses Ausgangssignal erscheint auch an der Ausgangsklemme A, da die Steuereinheit das Und-Gatter 17 zum Zeitpunkt f bereits mit dem Steuersignal Sn für das Komparatorsignal Sit durchlässig gemacht hat Zurr Zeitpunkt ß ist die Ausgangsspannung Lh des Integrators 11 so groß wie die Vergleichs-Schwellenspannung Lh. Damit schaltet der Komparator 16 zu dieserr Zeitpunkt fi zurück, und sein Ausgangssignal Sie unc damit das Ausgangssignal an Klemme A wird zu Null Der an der Ausgangsklemme A erscheinende Impuli besitzt somit die zeitliche Länge /5 - f4. Aus der vorangegangenen Angaben und unter der Bedingung daß LZi=O und Ui=U ist, läßt sich die Zeitdifferem k—U=T berechnen.At the point in time η , the output voltage Uu of the integrator 11 has the value Lh). The capacitor 13 is charged to the same voltage value. At time G, the control unit 18 opens the switch 12 and closes the switch 15. At the input of the integrator 11 now appears via the switch 15, the impedance converter 14, the capacitor voltage Lh \ of the capacitor 13, which can be regarded as constant for the period in question of the second measuring step. As a result of this input voltage, the integrator output voltage Lh increases in the opposite direction to the input voltage Lh \ and increases linearly over time. At the time f4 the integrator output voltage Lh This output signal is as large as (Comparative threshold voltage U \ of the comparator 16. The comparator 16 switches, thereby generating at its output the output signal S16. Also appears at the output terminal A, since the control unit, the AND Gate 17 has already made permeable to the comparator signal Sit with the control signal Sn at time f. At time ß, the output voltage Lh of the integrator 11 is as large as the comparison threshold voltage Lh. Thus, the comparator 16 switches back at this time fi, and its output signal so that they unc the output signal at terminal A is at zero, the appearing at the output terminal A Impuli has thus the length of time /. 5 - f4 from the foregoing information, and under the condition that LZi = O and Ui = U is, this can be the Zeitdifferem Calculate k-U = T.

Es ist:It is:

U ₂ - U₁ = U = U ₂ - U ₁ = U =

V = - fU_m.V = - fU _m .

v_m = - v _m = -

'7'7

dtGerman

Setzt man Gleichung (4) in Gleichung (7) ein, dan; erhält man:Inserting equation (4) into equation (7), then; you get:

Gleichung (8) zeigt daß die Zeit T proportion al zur Quadrat der Integrationszeitkonstanten Γι und umgeEquation (8) shows that the time T is proportional to Square of the integration time constants Γι and vice versa

kehrt proportional zur Periodenzeit 7>ist. Das bedeutet aber, daß die Zeit T proportional zur Frequenz f ist, denn es gilt:returns proportional to the period time 7> is. But this means that the time T is proportional to the frequency f , because the following applies:

' P'P

Gleichung (8) in Gleichung (9) eingesetzt ergibt:Equation (8) inserted into equation (9) gives:

T.T.

(101(101

Die zu messende Frequenz kann somit durch Messen der Zeit Tunter Berücksichtigung des Proportionalitätsfaktors K/T)² bestimmt werden. Das Messen der Zeit 7 kann durch bekannte Zeitmeßeinrichtungen, die auf analoger oder digitaler Basis arbeiten, erfolgen.The frequency to be measured can thus be determined by measuring the time T, taking into account the proportionality factor K / T) ² . The time 7 can be measured by known time measuring devices which operate on an analog or digital basis.

Damit die Anordnung wieder in ihre Ruhelage zurückkehrt, muß lediglich der Schalter 12 geschlossen werden. Der Zeitpunkt hierfür ist nicht kritisch. Vorzugsweise wird für dieses Kommando das Zurückkippen des !Comparators 16 zum Zeitpunkt fs herangezogen. In F i g. 1 ist dies durch die Verbindungsleitung zwischen dem Ausgang des !Comparators 16 und der Steuereinheit 18 angedeutet. Damit an der Ausgangsklemme A während des Zurückkehrens der Anordnung in ihre Ruhelage kein Signal mehr erscheint, ist es notwendig, daß die Steuereinheit 18 über das Signal Su das Und-Gatter 17 sperrt.So that the arrangement returns to its rest position, only the switch 12 has to be closed. The timing for this is not critical. The tilting back of the comparator 16 at time fs is preferably used for this command. In Fig. 1 this is indicated by the connection line between the output of the comparator 16 and the control unit 18. So that no more signal appears at the output terminal A while the arrangement is returning to its rest position, it is necessary for the control unit 18 to block the AND gate 17 via the signal Su.

in F i g. 3 ist ein Ausführungsbeispiel der Steuereinheit 18 dargestellt. Sie besteht mit Ausnahme eines Schmitt-Triggers 20, der zur Impulsformung dient, aus digitalen Schaltkreisen. Die Funktion der Steuereinheit !8 ist folgende:in Fig. 3 shows an exemplary embodiment of the control unit 18. It exists with the exception of one Schmitt trigger 20, which is used for pulse shaping, from digital circuits. The function of the control unit ! 8 is this:

Über den Eingang Es kippt der Startimpuls S ein Flip-Flop 22 in Stellung 0. Dadurch springt die invertierte Ausgangsspannung des Flip-Flop 22 vom Pegel 0 auf den Pegel L. Dieses Signal gelangt auf den /C-Eingang eines Zähl-Flip-Flop 21, dessen Ruhelage die Nullage ist. Das Flip-Flop 21 ist damit in der Lage, den inversen Zustand anzunehmen, wenn der Pegel des Schmitt-Triggers 20 z. B. von L an 0 springt, was zu den Zeitpunkten η und te der Fall ist. Das Flip-Flop 21 kippt somit zum Zeitpunkt fi in die Stellung L und zum Zeitpunkt ti wieder in die Stellung 0. Der Ausgangsimpuls des Flip-Flop 21 zum Zeitpunkt fe kippt jedoch das Flip-Flop 22 in Ruhestellung L, wodurch Flip-Flop 21 über den K-Eingang an einem weiteren Kippen verhindert wird. Flip-Flop 21 gibt somit nur einen einzigen Impuls von der zeitlichen Länge einer Periodendauer Tp der zu messenden Frequenz ab Dieser Impuls Si ο dient direkt zur Ansteuerung des Schalters 10, der inverse Impuls Sis kann zur Steuerung des Schalters 15 herangezogen werden, wenn die Zeitpunkte ft und ti übereinstimmen. Der Impuls Sv. kippt außerdem ein aus den invertierenden Gattern 23 und 24 gebildetes Flip-Flop in Stellung L. Dessen Signa entspricht dem Signal 5i7, welches zur Steuerung des Gatters 17 dient. Aus den Signalen Sm und Si? wird mii Hilfe eines invertierenden Und-Gatters 25 das Signa Si 2 gebildet, das den Schalter 12 steuert. Das Signal Sn des Komparators 16 wird über einen differenzierender Kondensator 26 auf den Rückstelleingang des aus der Gattern 23 und 24 gebildeten Flip-Flop geführt Dadurch wird erreicht, daß am Ende der Messung bein Zurückkippen des Signals Sie vom Pegel L auf den Pege 0 die Ausgangslage des Flip-Flop, bestehend aus der Gattern 23/24, wieder hergestellt wird.The start pulse S flips a flip-flop 22 into position 0 via the input Es. This causes the inverted output voltage of the flip-flop 22 to jump from level 0 to level L. This signal is applied to the / C input of a counting flip-flop 21, whose rest position is the zero position. The flip-flop 21 is thus able to assume the inverse state when the level of the Schmitt trigger 20 z. B. jumps from L to 0, which is the case at times η and te. The flip-flop 21 thus toggles to the L position at the time fi and back to the 0 position at the time ti further tilting is prevented via the K input. Flip-flop 21 thus emits only a single pulse of the length of a period Tp of the frequency to be measured ft and ti match. The momentum Sv. In addition, a flip-flop formed from the inverting gates 23 and 24 toggles into position L. Its signal corresponds to the signal 5i7, which is used to control the gate 17. From the signals Sm and Si? the signal Si 2 which controls the switch 12 is formed with the aid of an inverting AND gate 25. The signal Sn of the comparator 16 is fed through a differentiating capacitor 26 to the reset input of the flip-flop formed from the gates 23 and 24 of the flip-flop, consisting of gates 23/24, is restored.

Hierzu 3 Blatt ZeichnungenFor this purpose 3 sheets of drawings

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Claims

Patent claims:

1. Method for frequency measurement in which a period Tp of the frequency to be determined is measured and then by solving the equation

f —f -