DE2042559B2 - Verfahren und anordnung zur elektronischen auswertung des signalflusses in einer lichtelektronischen messeinrichtung - Google Patents

Description

beschreibbaren Signals (S₁) in einer Regelschaltung ______

(1, 2, 3) fortlaufend auf einen von außen ein- _Ά

geführten, vorgebbaren Spannungspegel (Jc₀) ge- Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine An- g

regelt wird und die Momentanwerte des geregelten 15 Ordnung zur elektronischen Auswertung des Signal- i

Signals (S₁') in einer Komparatorschaltung(4) flusses in einer lichtelektronischen Meßeinrichtung, _;

fortlaufend mit dem vorgebbaren Spannungs- wobei der Auswerteelektronik über zwei parallele

pegel (k₀) verglichen werden und daß im Augen- Kanäle elektrische, zueinander in Phasenquadratur

blick der Gleichheit eines Momentanwertes des stehende Signale zugeführt werden, die durch Funk- :■

Signals (S₁ bzw. S₁') mit dem Spannungspegel (Ic₀) 20 tionen mit einem Sinus bzw. Cosinus mit der zur Meß- >.

ein Abtast-Haltekreis (6) aufgesteuert wird, in größe proportionalen Meßvariablen im Argument be- ;.

dessen Eingang das zweite, durch den Cosinus schrieben werden können.

beschreibbare Signal (S₂') eingespeist wird, wobei Lichteiektronische Meßeinrichtungen der vorstehend der in dem Abtast-Haltekreis (6) jeweils ge- angedeuteten Art sind z. B. aus der schweizerischen speicherte Spannungswert fortlaufend mit dem 25 Patentschrift 433 065 oder der deutschen Offendoppelten Wert des vorgebbaren Spannungs- legungsschrift 1 918 730 bekannt. Bei den bekannten pegels (2Ar₀) verglichen wird und zur Regelung des Einrichtungen wird ein Lichtbündel durch das Magnetzweiten Signals auf diesen Wert ein einer etwaigen feld eines Hochspannungsleitungs-Wechselstromes auf Differenz (k₂ -Zc₀) proportionales Fehlersignal (ß) interferometrischem Wege intensitätsmäßig moduliert, erzeugt wird. 30 Von dem Lichtbündel werden dann mittels Photo- i

2. Anordnung zur Durchführung des Verfahrens dioden zwei orthogonale elektrische Signale abgeleitet, ; nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die in die 'wei parallelen Kanäle der Auswerte-

die Regelschaltung für den Gleichstromanteil des elektronik eingespeist werden und die im wesentlichen

ersten Signals als Regler einen Differenzver- durch folgende Funktionen beschrieben werden

stärker (1) umfaßt, dessen einem Eingang über 35 können: ;

einen Tiefpaß (2) das erste, durch den Sinus be- . _r ;

schreibbare Signal (S₁) und dessen anderem Ein- ^biW ~ ^/ci I·¹ + ^smq>V>\, WJ j

gang der vorgebbare Spannungspegel (k₀) zu- 5₂(/) = k_% [1 + cos Φ (/)]. (2)
geführt wird, und als Stellglied einen Verstärker (3)

mit regelbarem Verstärkungsgrad im Kanal des 40 Hierin sind Zc₁, /c₂ von der Intensität der Lichtquelle,

ersten Signals (S₁). der Symmetrie der Übertragungs>kanäle, der Empfind-

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekenn- lichkeit der Photodetektoren usw. abhängige Appazeichnet, daß der Abtast-Haltekr°^;3 (6) nur dann raturkonstante und Φ{ί) die durch die Auswertung zu auf gesteuert wird, wenn das zweite, durch den gewinnende, der Meßgröße proportionale Meßvariable. Cosinus beschreibbare Signal (S_s) größer als Νμΐΐ 45 Konstante für einen Phasenquadraturfehler, eine Nullist. Punktverschiebung u. dgl. können in erster Näherung

4. Anordnung nach Anspruch 2, dadurch ge- vernachlässigt werden. Formeln (1) und (2) gelten inskennzeichnet, daß zur Regelung des zweiten, besondere mit guter Näherung für Signale aus Sidurch den Cosinus beschreibbaren Signals (S₂) ein lizium-Photodioden, welche einen vernachlässigbaren zweiter Differenzverstärker (9) vorgesehen ist, des- 50 Dunkelstrom aufweisen. Die orthogonalen Signale gesen Ausgang mit dem Steuereingang eines im Kanal maß Formeln (1) und (2) werden bei den bekannten des zweiten Signals (S₂) angeordneten Verstärkers Einrichtungen dann in der Auswerteelektronik durch (10) mit regelbarem Verstärkungsgrad verbunden Modulation mit einer Trägerfrequenz und Addition zu ist und dessen einem Eingang der doppelte Wert einem phasenmodulierten Sinus-Signal umgeformt, des vorgebbaren .Spannungspegels (2k₀) zugeführt 55 aus dem die Meßvariable durch Frequenzdemodulation wird und dessen anderer Eingang mit dem Aus- gewonnen werden kann.

gang des Abtast-Haltekreises (6) verbunden ist, In einem älteren Vorschlag (deutsche Offenlegungs-

dessen Signal-Eingang mit dem Kanal des zweiten schrift 2 019 892) werden die orthogonalen Signale f ort-

Signals (S₂) und dessen Steuereingang mit dem laufend mit einer sinusoiden Spannung verglichen und

Ausgang eines Monovibrators (5) verbunden ist, 60 den Zeiträumen zwischen zwei Zeitpunkten der Ampli-

der von einem ersten Komparator (4) gespeist tudengleichheit proportionale Impulse abgeleitet,

wird, dessen Eingänge einerseits mit dem Kanal Es ist auch bekannt (z. B. IEEE J. of Quantum

des ersten Signals (S₁') und andererseits mit der El. QE-2, Nr. 8 [1966], S. 255), Signale der vorstehend

Quelle des vorgebbaren Spanmingspegels (Zv₀) ver- angeführten Artjedoch mit einer Phasenverschiebung π,

bunden sind. 65 statt auf interferometrischem Wege durch eine Polari- '...,'

5. Anordnung nach Anspruch 4, dadurch ge- sationsmodulation zu erzeugen. Dazu wird in einer .■-$ kennzeichnet, daß ein zweiter Komparator (7) vor- lichtelektronischen Meßeinrichtung über einen magne- 7,., eesehen ist, an dessen erstem Eingang das geregelte tooptischen Festkörper die Neigung der Schwingungs-

ebene eines linear polarisierten User-Uohtbündels pro- gemacht, daß für den Wert0(/) = O der Meßvarlaporlional zur Meßgröße beeinflußt und dann das UoIU- blen Φ(ί) das Signal S₈ den Wert Ar₃ annimmt. Nach der bündel in einem modifizierten Glan-Thomson-Prisma Erfindung wird der Zeitpunkt, in dem Φ{ί) ~ 0, über

_in *„ai T_cilba„d«, _mlt ™_lM„_{dsr nra} ■.

Schwingungsrichtungen aufgespalten, Nach einem Wertes S₀ (S₁ = Ar₀) ist dann ein Fehlersignal aus der

weiteren älteren Vorschlag (deutsche Offenlegungs- Differenz /c_a — Ic₀ erzeugbar, mittels welchem über

schrift 2 014 291) wird dieses bekannte Verfahren ein Stellglied das Signal S₈ so eingeregelt werden kann,

dadurch abgeändert, daß die Schwingungsrichtungon daß auch Ar₈ = Ar₀.

sind, wodurch sich dann elektrische Signale ergeben, die Signale besser dem nachfolgenden Teil der Ausdie auch bezüglich der gegenseitigen Phasenverschie- Werteelektronik angepaßt werden können. Die fehlerbung der Gleichungen (1), (2) entsprechen, also ein freie Eliminierung der »1« kann nach den erfindungs-Orthogonalsystem bilden. 15 gemäßen Maßnahmen durch einfache Subtraktion des Ist die Meßvariable Φ(ί) eine Wechselgröße mit ver- Pegels Ar₀ von den geregelten Signalen S₁', S₂' erfolgen, schwindendem Gleichanteil, was bei der Messung von Wie aus Gleichungen (1) und (2) ersichtlich, ist Leitungs-Wechselströmen bei entsprechender Justie- S₁(O — Ic₁ ( — A'_u) nicht nur für Φ ^= 0, sondern auch rung erreicht werden kann, so ist der Gleichanteil des für ganze positive oder negative Vielfache von π. Für SiJZiIaIsS₁ [Gleichung (I)] proportional zur Größe Ic₁. 20 ungerade Vielfache von π ist jedoch S₂ nicht 2 Ar₂, Das Signal S₂ [Gleichung (2)] hingegen weist außer sondern 0. Damit nicht dieser letztere Wert vom Abeinem zu Ic₂ proportionalen Gleichanteil auch einen tast-Haltekreis gespeichert wird, wird dieser nach einer Gleichanteil auf, der sich mit der Amplitude Φ der für Amplituden/o>/>/rc der Meßvariablen Φ(ί) wich-Meßvariablen bzw. der Meßgröße ändert. Ferner tigen Ausbildung der Erfindung nur dann aufgesteuert, haben die Signale auch unterschiedliche Kurven- 25 wenn das Signal S₂ > 0. Da der Pegel Ic₀ sowieso vorformen, liegt, ist es zweckmäßig, diese Bindung durch einen Aus diesen Gründen war es bisher noch nicht ge- Vergleich des Signals S₂ mit diesem Pegel k₀ zu hingen, Schwankungen der Signalamplituden, die sich prüfen.

aus Schwankungen der Werte Ar₁, Ar₂ ergeben, zu korn- Die Regelungen werden zweckmäßig durch Diffe-

pensieren. Dies ist aber eine Voraussetzung für die 30 renzverstärker mit großem Verstärkungsgrad als

fehlerfreie Verarbeitung der Signale in Auswerte- Reglern und Multiplikatoren oder Verstärkern mit

elektroniken der eingangs geschilderten Arten. regelbarem Verstärkungsgrad als Stellgliedern in den

Außerdem war bisher das Problem noch nicht ge- Signalkanälen ausgeführt.

löst, die »1« in der Klammer der Gleichungen (1), (2) Für die Schaltung zur Steuerung des Abtast-Halte-

fehlerfrei zu eliminieren, was gleichfalls zur Verarbei- 35 kreises wird vorteilhafterweise ein Spannungskornpa-

tung der Signale in den geschilderten Elektroniken not- rator vorgesehen, der mit großer Geschwindigkeit

wendig ist. seinen Ausgangswert ändert, wenn S₁ größer oder

Es Ist Aufgabe der Erfindung, ein Verfahren und kleiner als Ar₀ wird. Durch den Spannungswechsel kann

eine Anordnung anzugeben, mittels welcher die dar- dann ein als Impulsformer wirkender Monovibrator

gestellten Probleme gelöst werden. 40 aktiviert werden, der den Abtast-Haltekreis auf-

Dies wird erfindungsgemäß dadurch erreicht, daß steuert.

der Gleichanteil des ersten, durch den Sinus beschreib- Eine Sperrung der Verbindung zwischen dem Monobaren Signals in einer Regelschaltung fortlaufend auf vibrator und dem Abtast-Haltekreis kann gleichfalls einen von außen eingeführten, vorgebbaren Spannungs- über eine Komparatorschaltung erfolgen, mittels pegel geregelt wird und die Momentanwerte des ge- 45 welcher eine Torschaltung oder auch ein UND-Glied regelten Signals in einer Komparatorschaltung fort- geöffnet bzw. geschlossen wird, laufend mit dem vorgebbaren Spanuungspegel ver- Nachstehend wird die Erfindung an Hand eines in glichen werden und daß im Augenblick der Gleichheit einer Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels eines Momentanwertes des Signals mit dem Spannungs- näher erläutert. Hierbei zeigt die einzige Figur ein pegel ein Abtast-Haltekreis aufgesteuert wird, in dessen 50 Blockschaltbild einer Anordnung nach der Erfindung. Eingang das zweite, durch den Cosinus beschreibbare Auf dem ersten Kanal läuft das Signal S₁ gemäß Signal eingespeist wird, wobei der in dem Abtast- Gleichung (1), auf dem zweiten Kanal das Signal S₂ Haltekreis jeweils gespeicherte Spannungswert fort- gemäß Gleichung (2) in die Schaltung ein. In beiden laufend mit dem doppelten Wert des vorgebbaren Kanälen ist jeweils als Stellglied ein Multiplikator 3 Spannungspegel verglichen und zur Regelung des 55 bzw. 10 angeordnet, der Ar₁ — Ic₀ bzw. Ar₂ = Ic₀ regelt, zweiten Signals auf diesen Wert ein einer etwaigen wodurch sich für die geregelten Signale die Funktionen "i Differenz proportionales Fehlersignal erzeugt wird. _# . ._. Die Erfindung geht zunächst von der Erkenntnis aus, ¹^i ⁼ '^coU + sin (P), {. ) daß der Gleichanteil DC (S₁) des Signals S₁ unabhängig S₂ = Ar₀ (1 + cos Φ) (4) von der Meßvariablen Φ{ί) gleich Zc₁ ist. Deshalb ist es 60
zulässig, den Wert DC (S₁) = Ar, unmittelbar durch ergeben.

eine konventionelle Regelschaltung auf einen von In Subtraktionsgliedern 11,12 wird die »1« eliminiert,

außen eingeführten, vorgebbaren Pegel Ar₀ einzu- wodurch sich Signale der Formen

Die entsprechend erforderliche Regelung des Wer- 65 S₁₁ = Ar₀ sin Φ, (5)

tes Ar₂ im Signal S₂ ist in analoger Weise aus den weiter S₂₁ = Ar₀ cos Φ (6) oben dargestellten Gründen nicht möglich. Es wird

deshalb hier von der weiteren Erkenntnis Gebrauch ergeben. Solche Signale sind für eine fehlerfreie Ver-

arbeitung in einer der eingangs geschilderten und der gezeichneten Schaltung nachfolgend zu denkenden Auswertelektronik geeignet.

Die Regelung des Signals S₁ wird von dem hoch verstärkenden Differenzverstärker 1 her gesteuert, dessen einem Eingang über den Tiefpaß 2 der Gleichstromwert des Signals S₁' und dessem anderem Eingang der Wert k_B zugeführt wird. Vom Ausgang des Differenzverstärkers 1 wird dem Multiplikator 3 der Faktor oc = R₀Jk₁ zugeführt, der sich so einreguliert, daß die Differenz an den Eingängen des Verstärkers 1 möglichst klein wird.

Eine ähnliche Regelung erfolgt für das Signal S₂, wobei dem Multiplikator 10 der Faktor β — k₀lk₂ zugeführt wird, der sich aus einem Vergleich der Werte 2A:₂ und 2 k₀ im hoch verstärkenden Differenzverstärker 9 ergibt.

Der Wert 2 k₂ für den nicht invertierenden Eingang des Differenzverstärkers 9 wird einem Abtast-Haltekreis 6 entnommen, der mit dem Ausgang des Multiplikators 10 verbunden ist, also mit dem. Signal S₂' gespeist wird. Die Steuerung des Abtast-Haltekreises 6 erfolgt durch einen Monovibrator 5, der durch einen Komparator 4 dann aktiviert wird, wenn S₁' = k₀. Eine Torschaltung 8 sorgt dafür, daß die Verbindung zwischen dem Abtast-Haltekreis 6 und dem Monovibrator 5 dann unterbrochen ist, wenn S₂' < k₀. Dies wird durch Vergleich der Größe S₂' mit dem Pegel k₀ im Komparator? bewirkt, der je nach Ausgangsspannung die Torschaltung 8 öffnet oder schließt.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims (1)

Patentansprüche: erste signal (S8') und an dessem zweitem Eingang „

1. Verfahren zur elektronischen Auswertung des der vorgebbare Spannungspegel (Zi₀) liegt und \ • Signalflusses in einer Hohtelektronisohen Meßein- dessen Ausgang an den Steuereingang einer Torrichtung, wobei der Auswertelektronik Über zwei schaltung (8) angeschlossen ist, deren anderer Einpaiallele Kanäle elektrische, zueinander In Phasen- S gang mit dem Ausgang des Monovibrator (5) verquadratur stehende Signale zugeführt werden, die bunden ist, wobei der Ausgang der Torschaltung (8) 'j durch Funktionen mit einem Sinus bzw, Cosinus am Steuereingang des Abtast-Haltekreises (6) liegt. | mit der zur Meßgröße proportionalen Meß- 6, Anordnung nach Anspruch 4 oder 5, dadurch variablen im Argument beschrieben werden können, gekennzeichnet, daß der vorgebbare Spannungs-

d a durch gekennzeichnet, daß der io pegel (Jk₀) in Substraktionsgliedern (11,12) von den

Gleichstroraanteil (^₁) des ersten durch den Sinus geregelten Signalen (S₁', S₈') abgezogen wird,