DE2043772B2 - Diskriminatorschaltungsanordnung in einem elektronischen distanzmessgeraet zum ziehen der messoszillatorfrequenz auf eine gegenueber derjenigen der gegenstation hoehere bzw tiefere sollfrequenz - Google Patents

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Diskrimi- seits das hart begrenzte Differenzsignal und anderernatorschaltungsanordnung in einem elektronischen seits das ebensolche Bezügssignal geführt sind, daß Distanzmeßgerät zum Ziehen der Frequenz des Meß- dem Äquivalenztor ein aus zwei in Serie geschalteten Oszillators auf eine Sollfrequenz, die um einen be- Widerständen und einem nachgeschalteten Kondenstimmten vorgegebenen Betrag höher bzw. tiefer ist 5 sator bestehendes zweites Tiefpaßfilter folgt, dessen als die Grundfrequenz eines gleichen Meßoszillators Verbindungspunkt zwischen dem zweiten der beiden in der Gegenstation, bei der aus den Meßwellen der Widerstände und dem Kondensator zu einer Strombeiden Meßoszülatoren durch Mischung ein Diffe- quelle führt und dessen Kondensator durch einen renzsignal erzeugt wird und die die Frequenz des vom Differenzsignal gesteuerten Schalter überbrückt Differenzsignals mit einer dem vorgegebenen Betrag io ist, wobei der Schalter beim Vorhandensein eines Difentsprechenden Bezugsfrequenz vergleicht und bei ferenzsignals offen steht, daß ferner eine die jeweils Abweichung von der Bezugsfrequenz eine Fehler- größere Eingangsspannung durehschaltende ODER-spannung zum Ziehen der Frequenz des Meßoszil- Schaltung vorgesehen ist, deren erster Eingang mit lators erzeugt und diesem über ein Tiefpaßfilter zu- dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters verbunden führt. 15 ist und an dessen zweiten Eingang eine den Meßoszil-

In der Hochfrequenztechnik besteht vielfach die lätöf auf einezwischen der^Grundfrequenzrxind der" Aufgabe, die Frequenz eines Oszillators bezüglich der Sollfrequenz liegende Frequenz ziehende Vorspan-Frequenz eines zweiten Oszillators zu steuern. Dieses nung gelegt ist, und daß der Ausgang der ODER-Problem ergibt sich auch bei einer elektronischen Schaltung das dem Frequenzsteuereingang des Oszil-Distanzmeßanlage, bei der zur Messung der Distanz ao lators vorgeschaltete (erste) Tiefpaßfilter speist, zwischen den beiden Endpunkten der zu messenden Die neue Schaltungsanordnung hat den Vorteil,

Strecke in beiden Richtungen eine Meßwelle über- daß sie sehr einfach aufgebaut ist. Durch Zuführen tragen wird. Die beiden Meßwellen besitzen eine einer Vorspannung wird die Frequenz des Meßoszilunterschiedliche Frequenz und können auf eine lators zunächst auf einen Punkt gesteuert, der zwi-Trägerwelle moduliert sein. In den beiden Empfän- 25 sehen der Grundfrequenz des Meßoszillators und der gern wird die empfangene Meßwelle mit der gesen- Sollfrequenz liegt, auf welche die Meßfrequenz gezodeten Meßwelle gemischt und damit je ein Differenz- gen werden soll. Über dem C-Glied des letzten Tiefsignal erzeugt. Das im einen Endpunkt, in der Neben- paßfilters baut sich sodann eine Regelspannung auf, station, anfallende Differenzsignal wird zum anderen die ansteigt bis zu einem Wert, bei dem die SollfreEndpunkt, zur Hauptstation, übertragen. Diese letz- 30 quenz erreicht ist und bei dem sich zwischen dem tere Station ist mit einem Phasenmeßgerät ausge- Differenzsignal und dem Bezugssignal eine solche rüstet, mit dem der Phasenunterschied zwischen dem Phase einstellt, die die Aufrechterhaltung der Sollf reübertragenen und dem erzeugten Differenzsignal ge- quenz ergibt (Phasensynchronisation), messen und daraus in bekannter Weise die Distanz Aus der geschilderten Arbeitsweise der Schaltungs-

zwischen den beiden Endpunkten der Strecke ermit- 35 anordnung geht hervor, daß der Sollwert mit großer telt wird. Bei der Verwendung von digitalen Phasen- Genauigkeit eingestellt wird, was einen weiteren Vormeßgeräten muß die Frequenz des Differenzsignals teil der Schaltungsanordnung darstellt, aus bekannten Gründen sehr genau eingehalten An Hand der Zeichnung wird ein Ausführungswerden. Bei einer bekannten Distanzmeßanlage wird beispiel der Erfindung näher erläutert, zum Zweck der Konstanthaltung der Differenzfre- 40 F i g. 1 zeigt ein Prinzipschema einer erfindungsquenz die Frequenz der in der Nebenstation er- gemäßen Schaltungsanordnung in einem elektronizeugten Meßwelle geregelt. Die in der Nebenstation sehen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Frequenz des anfallende Differenzfrequenz wird mittels eines Fre- Meßoszillators auf eine Sollfrequenz, die um einen quenz-Diskriminators mit der Frequenz eines Bezugs- bestimmten vorgegebenen Betrag höher ist als die Oszillators verglichen und eine der Abweichung ent- 45 Frequenz eines gleichen Meßoszillators in der Gegensprechende Fehlerspannung erzeugt, die dann zur Re- station.

gelung des in dieser Station vorhandenen Meßoszil- In Fig. 2 ist die Ausgangsspannung des Äqui-

lators dient. valenztores sowie die Größe der resultierenden Regel-

Der Frequenzdiskriminator zum Vergleich der bei- Spannung bei verschiedenen Differenzfrequenzen den Frequenzen ist sehr aufwendig. Es sind zwei 50 bzw. bei verschiedenen Phasenwinkeln zwischen dem Mischstufen vorhanden, in denen die zu vergleichen- Differenz- und dem Bezugssignal dargestellt. In den Frequenzen gemischt werden, wobei das Bezugs- Fig. 3 ist für verschiedene Differenzfrequenzen die signal für die eine Mischstufe um 7τ/2 phasenverscho- Regelspannung in Funktion des Phasenwinkels aufben eingespeist wird. Die Ausgänge der beiden Misch- getragen.

stufen werden direkt bzw. über ein Differenzierglied 55 Im Distanzmeßgerät, in dem die Schaltungsanordeinem phasengesteuerten Demodulator zugeführt, nung eingebaut ist, ist ein Meßoszillator 8 zur Erzeuwelcher ein frequenzabhängiges Fehlersignal zur gung der Meßwelle vorhanden. Die Schaltungsanord-Steuerung des Meßoszillators liefert. nung ist ein- und ausschaltbar, so daß sie den Meß-

Die bekannte Anordnung hat den Nachteil, daß sie oszillator 8 auf der Grundfrequenz /1 schwingen läßt sehr aufwendig ist und eine ungenügende Genauigkeit 60 oder auf eine um einen bestimmten Betrag höhere der Frequenz ergibt. Sollfrequenz /2 regelt. Die Meß welle wird durch

Der Zweck der vorliegenden Erfindung besteht in einen Sender 18 zur jeweiligen Gegenstation der Dider Schaffung einer Schaltungsanordnung der ein- stanzmeßanlage übertragen. Die Meßwelle der Gegengangs erwähnten Art, die eine verbesserte Genauig- Station wird von einem Empfänger 9 empfangen. Die keit der Frequenz gewährleistet. 65 vom Meßoszillator 8 erzeugte Meßwelle und die von

Die erfindungsgemäße Diskriminatorschaltungs- der Gegenstation empfangene Meßwelle werden anordnung ist dadurch gekennzeichnet, daß ein Äqui- einer Mischstufe 10 zugeführt. Am Ausgang der valenztor vorhanden ist, auf dessen Eingänge einer- Mischstufe 10 ist ein Umformern zur Umformung

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des erzeugten sinusförmigen Differenzsignals in ein darstellen, wird unabhängig vom Phasenwinkel eine

rechteckförmiges Differenzsignal UD vorgesehen. Fer- Regelspannung UR mit dem normierten Wert von Vz-

ner ist ein Äquivalenztor 1 vorhanden, auf das einer- erhalten. Auf der rechten Seite der Fig. 3a ist die

seits das Differenzsignal UD und andererseits das Steuercharakteristik des Meßoszillators 8 dargestellt,

Bezugssignal UB geführt sind. Zur Erzeugung des 5 und zwar für den Bereich zwischen der Grundfrequenz

Bezugssignals UB ist ein Bezugsoszillator 14 vorhan- /1 und der Sollfrequenz /2. Der Meßoszillator 8 weist

den. Die Frequenz des Bezugssignals fB entspricht erfahrungsgemäß Frequenzschwankungen auf. Es er-

dem Betrag, um den die Meßfrequenzen der beiden geben sich dabei gegenüber der Abszisse verschobene

Stationen differieren sollen. Dem Äquivalenztor 1 ist Steuercharakteristiken. Eine solche ist beispielsweise

ein erstes Tiefpaßfilter 4 nachgeschaltet, das aus zwei io durch die Kurve G dargestellt,

in Serie geschalteten Widerständen 2 und 19 und In F i g. 3 b sind dieselben Diagramme wie F i g. 3 a

einem nachfolgenden Kondensator 3 besteht. Der aufgezeichnet, jedoch mit dem Unterschied, daß die

Verbindungspunkt zwischen dem Widerstand 19 und Regelspannung UR durch die Einspeisung eines Stro-

dem Kondensator 3 des Tiefpaßfilters 4 steht mit einer mes aus der Stromquelle Ul, 6 vergrößert wurde.

Stromquelle in Verbindung. Diese Stromquelle wird 15 Die beschriebene Schaltungsanordnung funktio-

durch eine Spannungsquelle Ul und einen Wider- niert nun folgendermaßen:

stand 6 gebildet. Der Kondensator des tfC-Gliedes Bei der Schaltungsanordnung in der einen Station ist durch einen Schalter 17 überbrückt, der durch das ist die Regelung des Meßoszillators 8 ausgeschaltet. Differenzsignal UD gesteuert wird. Die Steuerung er- Der Schalter 15 ist in der Stellung HS. Der Frequenzfolgt über ein auf die Differenzfrequenz fD abge- 20 steuereingang des Meßoszillators 8 ist dabei an Erde stimmtes breitbandiges Bandpaßfilter 12 und eine geschaltet, so daß dieser auf seiner Grundfrequenz /1 Gleichrichterstufe 13 in der Weise, daß bei Vorhan- schwingt.

densein eines Differenzsignals UD der Schalter 17 Bei der Schaltungsanordnung in der anderen Sta-

geöffnet ist. tion ist die Regelung des Meßoszillators 8 eingeschal-

Am Ausgang des ersten Tiefpaßfilters 4 ist eine die 25 tet. Der Schalter 15 ist in der Stellung NS. Der Fre-

jeweils größere Eingangsspannung durchschaltende quenzsteuereingang des Oszillators 8 ist nun an die

ODER-Schaltung 5 vorgesehen. Der erste Eingang Regelschaltung angeschlossen. Durch die Zuführung

dieser ODER-Schaltung ist mit dem Ausgang des der Vorspannung C/2 über die ODER-Schaltung 5

ersten TP-Filters verbunden. Am zweiten Eingang wird dieOszillatorfrequenz auf die Frequenz gezogen,

liegt eine Vorspannung t/2, die den Oszillator 8 auf 30 die zwischen der Grundfrequenz /1 und der Sollfre-

eine zwischen der Grundfrequenz /1 und der Sollfre- _qUenz /2, auf welche der Meßoszillator 8 gebracht

quenz /2 liegende Frequenz zieht. werden soll, liegt. Durch diese feste Verstellung der

Der Ausgang der ODER-Schaltung 5 steht über Oszillatorfrequenz wird erreicht, daß die Differenzein weiteres Tiefpaßfilter 7 und einen Schalter 15 zur frequenz ungleich Null ist.

Einschaltung der Regelung mit dem Frequenzsteuer- 35 Die vom Empfänger 9 von der Gegenstation emp-

eingang des Meßoszillators 8 in Verbindung. fangene Meßwelle weist die Grundfrequenz/1 auf.

In Fig.2a ist der Verlauf des Bezugssignals UB Diese wird in der Mischstufe 10 mit der Meßwelle

mit der Frequenz fB aufgezeichnet. __ des eigenen MeßoszHlators 8, welche wegen der festen

Fig. 2b zeigt ein Differenzsignal UD, dessen Fre- Verstellung durch die Vorspannung von /1 verschiequenz fD keinen ganzzahligen Teil der Bezugsfre- 40 den ist, gemischt. Es entsteht in bekannter Weise ein quenz fB ist. In Fig. 2c ist die erzeugte Ausgangs- Differenzsignal UD, das eine Frequenz fD entsprespannung UA dargestellt. Diese wird durch das Äqui- chend der Differenz der beiden Meßwellen aufweist, valenztor 1 zwischen den normierten Werten 0 und 1 Durch das Erscheinen eines Differenzsignals UD wird umgeschaltet. Nach der Aussiebung der Wechselspan- über das Bandpaßfilter 12 und die Gleichrichterstufe nungskomponenten durch die Tiefpaßfilter 4 und 7 45 13 der steuerbare Schalter 17 geöffnet,
ergibt sich daraus eine Regelspannung U 2, deren Vom Ausgang des Äquivalenztores 1 und von der Größe dem Mittelwert der Ausgangsspannung UA Spannungsquelle £71 fließen nun Ströme zum Konentspricht. Die normierten Werte der Regelspannung densator 3, so daß sich an diesem eine Spannung auf- UR sind jeweils auf der rechten Seite angegeben. baut. Sobald die am Ausgang des Tiefpaßfilters 4

In den Fig. 2d bis 2g sind die Verhältnisse bei 50 stehende Spannung die Vorspannung U2 übersteigt,

einem Differenzsignal UD dargestellt, dessen Fre- wird sie von der ODER-Schaltung 5 durchgeschaltet,

quenz fD ein Drittel der Bezugsfrequenz fB ist. Die Das zweite Tiefpaßfilter 7 dient zur weiteren Aus-

Fig. 2e bis 2g zeigen die Ausgangsspannung UA siebung der Wechselspannungskomponenten,

und die resultierende Regelspannung UR bei ver- Es wird davon ausgegangen, daß die Oszillatorfre-

schiedenen Phasenwinkeln φ des Differenzsignals UD 55 quenz durch die Vorspannung U 2 auf eine Frequenz

bezüglich des Bezugssignals UB. gebracht wurde, bei der ein Differenzsignal UD er-

In den Fig. 2h bis 21 ist die Ausgangsspannung zeugt wird,, dessen Frequenz fD kein ungerader ganz-

UA und die resultierende Regelspannung UR bei zahliger Teil der Bezugsfrequenz fB ist. Es entsteht

einer Differenzfrequenz fD, die gleich der Bezugsfre- eine Ausgangsspannung UA entsprechend Fig. 2c,

quenz fB ist, dargestellt, und zwar für verschiedene 60 die nun entsprechend den Ladekurven die C-Glieder

Phasenwinkel φ zwischen den beiden Signalen UB der Tiefpaßfilter 4, 7 auflädt. Dabei wird die Oszil-

und UD. latorfrequenz gegen die Sollfrequenz /2 verstellt.

In F i g. 3 a ist auf der linken Seite der Verlauf der Auch bei sich verändernder Frequenz des Oszilla-Regelspannung UR in Funktion des Phasenwinkels φ tors 8 wird vom Äquivalenztor 1 eine Ausgangsspanaufgetragen. Bei den Differenzfrequenzen fD — fB 65 nung UA mit dem Mittelwert von V2 abgegeben, bzw. fD = /B/3 ergibt sich der in der F i g. 3 a ge- außer bei den Frequenzen, bei denen eine Differenzzeichnete Verlauf. Bei den Frequenzen fD, die keinen frequenz fD entsteht, die einen ungeraden ganzzahungeraden ganzzahligen Teil der Bezugsfrequenz fB ligen Teil der Bezugsfrequenz fB ausmacht. Bei die-

sen Differenzfrequenzen fD wird ein vom Phasenwinkel φ abhängiger Mittelwert erzeugt. Im angegebenen Beispiel gemäß den Fig. 2d bis 2g, bei dem die Differenzfrequenz fD ein Drittel der Bezugsfrequenz /B ist, wird der Mittelwert der Ausgangsspannung UA für bestimmte Phasenwinkel φ kleiner als V2, nämlich Vs. Die Aufladung der C-Glieder der Tiefpaßfilter 4 und 7 werden aus diesem Grunde beim Durchlaufen der Frequenz/1 +/B/3 angehalten. Entsprechend den in der F i g. 3 a dargestellten Verhältnissen wird sich im Punkt P ein stabiler Regelzustand einstellen, indem bei der Frequenz /1 + /B/3 die phasenabhängige Regelspannung UR den Wert UP annimmt, der gerade so groß ist, um diese Frequenz bzw. den erreichten Phasenwinkel aufrechtzuerhalten. Bei einer Abweichung der Grundfrequenz infolge irgendeiner Instabilität erfolgt das Ziehen der Oszillatorfrequenz entlang einer bezüglich der Abszisse verschobenen Steuercharakteristik. Wenn die Abweichung zu einer höheren Frequenz erfolgte, wird die kritische Frequenz /1 + /B/3 bei einer kleineren Regelspannung UR durchlaufen, als wenn von der genauen Frequenz /1 ausgegangen wird. Sofern dabei zum Erreichen der Frequenz/1 +/B/3 eine kleinere Spannung als der Wert Vs benötigt wird, so wird bei dieser Frequenz die Ladung der C-Glieder nicht angehalten. Eine Fehleinstellung ist dann unmöglich Wie aus der Fi g. 3 a hervorgeht, ergibt sich eine Grenzcharakteristik G, bei der eine Fehleinstellung gerade nicht mehr möglich ist.

Die mögliche Fehleinstellung auf die Frequenz/1 + /B/3 ist unerwünscht, weshalb Maßnahmen zur Verhinderung dieses Effektes getroffen wurden. Die Maßnahmen zur Verhinderung der Regelung auf eine unerwünschte Frequenz bestphen in der Einspeisung eines zusätzlichen. Stromes aus der Spannungsquelle Ul über den Widerstand 6. Die Wirkung dieses Stromes ist aus der Fig. 3b ersichtlich. Durch den zusätzlichen Strom wird die Regelspannung HR um einen WertXJV vergrößert, so daß sie bei der FreT quenz/1 + /B/3 größer ist als die Spannung UP, die zum Ziehen auf diese Frequenz benötigt würde. Die Aufladung der C-Glieder der Tiefpaßfilter 4, 7 wird bei der Frequenz /1 + /B/3 nicht mehr angehalten, da die Ladespannung für die C-Glieder bei dieser Frequenz stets größer ist als der Wert UP.

Wie aus der Fig. 3b. ersichtlich ist, wurde durch die Vorspannung UV die Grenzcharakteristik gegen tiefere Frequenzen verschoben. GV ist die verschobene Grenzcharakteristik. Es wird dadurch erreicht, daß sich die Grundfrequenz des Oszillators 8 bis zu einem Betrag Δ f gegen tiefere Frequenzen verschieben darf, ohne daß beim Ziehen auf die Sollfrequenz /2eine_FeMeinstellung eintritt.

Die Regelspannung steigt gegen den Wert V2 -f. UV an und verschiebt die Frequenz des Meßoszillators 8 bis zur Sollfrequenz/2. Bei der Frequenz/2 stellt sich ein solcher Phasenwinkel φ zwischen dem Differenzsignal UD und dem Bezugssignal UB ein, bei dem im Punkt S gerade die notwendige Regelspannung ZZR zur Erhaltung dieser Frequenz /2 bzw. des. erreichten Phasenwinkels φ erzeugt wird.

Claims (1)

1. Patentanspruch:

   Diskriminatorschaltungsanordnung in einem elektronischen Distanzmeßgerät zum Ziehen der Frequenz des Meßoszillators auf eine SoUfrequenz, die um einen bestimmten vorgegebenen Betrag höher bzw. tiefer ist als die Grundfrequenz eines gleichen Meßoszillators in der Gegenstation, bei der aus den Meßwellen der beiden Meßoszillatoren durch Mischung ein Differenzsignal erzeugt wird und die die Frequenz des Differenzsignals mit einer dem vorgegebenen Betrag entsprechenden Bezugsfrequenz vergleicht und bei Abweichung von der Bezugsfrequenz eine Fehlerspannung zum Ziehen der Frequenz des Meß-r oszillators erzeugt und diesem über ein Tiefpaßfilter zuführt, dadurch gekennzeichnet,, daß ein Äquivalenztor (1) vorhanden ist, auf dessen Eingänge einerseits das hart begrenzte Differenzsignal (UD) und andererseits das ebensolche Bezugssignal (UB) geführt sind, daß dem Äquir valenztor (1) ein aus zwei in Serie geschalteten Widerständen (2,19) und einem nachgeschalteten Kondensator (3) bestehendes zweites Tiefpaßfilter

   (4) folgt, dessen Verbindungspunkt zwischen dem zweiten (19) der beiden Widerstände und dem Kondensator (3) zu einer Stromquelle (Ul, 6) führt und dessen Kondensator (3) durch einen vom Differenzsignal (UD) gesteuerten Schalter (17) überbrückt ist, wobei der Schalter (17) beim Vorhandensein eines Differepzsignals (UD) offen steht, daß ferner eine die jeweils größere Eingangsspannung durchschaltende ODER-Schaltung

   (5) vorgesehen ist, deren erster Eingang mit dem Ausgang des zweiten Tiefpaßfilters (4) verbunden ist und an dessen zweiten Eingang eine den Meßoszillator (8) auf eine zwischen der .Grundfrequenz (/1) und der Sollfrequenz (/2) liegende Frequenz ziehende Vorspannung (Ul) gelegt ist, und daß der Ausgang der ODER-Schaltung (5) das den Frequenzsteuereingang des_: Oszillators (8) vorgeschaltete (erste) Tiefpaßfilter (7) speist.

   Fiierzu 1 Blatt Zeichnungen